EP0770639A2 - Use of polymers as auxiliary agents in drying aqueous polymer dispersions - Google Patents

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EP0770639A2
EP0770639A2 EP96116467A EP96116467A EP0770639A2 EP 0770639 A2 EP0770639 A2 EP 0770639A2 EP 96116467 A EP96116467 A EP 96116467A EP 96116467 A EP96116467 A EP 96116467A EP 0770639 A2 EP0770639 A2 EP 0770639A2
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EP
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polymer
weight
aqueous
monomers
drying
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Bernhard Dr. Schuler
Walter Dr. Mächtle
Roland Dr. Baumstark
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BASF SE
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08J3/00Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/12Powdering or granulating
    • C08J3/122Pulverisation by spraying
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08L33/04Homopolymers or copolymers of esters
    • C08L33/06Homopolymers or copolymers of esters of esters containing only carbon, hydrogen and oxygen, which oxygen atoms are present only as part of the carboxyl radical
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    • C08L33/04Homopolymers or copolymers of esters
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    • C08L2666/02Organic macromolecular compounds, natural resins, waxes or and bituminous materials
    • C08L2666/04Macromolecular compounds according to groups C08L7/00 - C08L49/00, or C08L55/00 - C08L57/00; Derivatives thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L41/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a bond to sulfur or by a heterocyclic ring containing sulfur; Compositions of derivatives of such polymers

Definitions

  • the present invention relates to the polymer powders obtained in the course of drying, redispersible in water, and the use of these powders (for example as an additive in mineral binders or as binders in synthetic resin plasters) and dispersions of polymers II required for the preparation of the powders.
  • Aqueous polymer dispersions are generally known. These are systems which essentially contain spherical balls of intertwined polymer chains (so-called polymer particles) in disperse distribution. Just like polymer solutions when the solvent is evaporated, aqueous polymer dispersions have the potential to form polymer films when the aqueous dispersion medium is evaporated, which is why they are used in particular as binders, adhesives and coating agents. For the properties Aqueous polymer dispersions of central importance is the size of the polymer particles contained in them in disperse distribution.
  • properties such as the viscosity of the aqueous polymer dispersion or the gloss of its films are dependent on the diameter of the dispersed polymer particles or, more precisely, on the diameter distribution function of the dispersed polymer particles (films of small polymer particles generally have a higher gloss with identical polymer; a broad diameter distribution generally causes a lower viscosity of the aqueous polymer dispersion; dispersions of small polymer particles generally have a greater pigment binding capacity, etc.).
  • Aqueous polymer dispersions can also be added to mineral binders for the purpose of modifying them only at the place of use, since these otherwise harden before use.
  • a desirable form of appearance of any aqueous polymer dispersion is therefore that of its polymer powder which is redispersed when water is added.
  • redispersible polymer powders are accessible by drying their aqueous polymer dispersions.
  • drying processes are freeze drying and spray drying.
  • the latter method in which the polymer dispersion is sprayed and dewatered in a hot air stream, is particularly expedient for producing large amounts of powder.
  • the dry air and the sprayed dispersion are preferably passed through the dryer in cocurrent (cf. e.g. EP-A 262326 or EP-A 407889).
  • a disadvantage of the polymer powders produced by drying aqueous polymer dispersions is that their redispersibility when water is added is generally not fully satisfactory insofar as the polymer particle diameter distribution resulting from the redispersion is generally different from that in the aqueous starting dispersion (primary particle diameter distribution) .
  • drying aids There are substances whose addition to aqueous polymer dispersions reduces the appearance of irreversible secondary particle formation when drying. These substances are summarized under the generic term drying aids. They are widely known in particular as spraying aids, since spray drying promotes the formation of irreversible secondary particles to a particular extent. At the same time, they generally reduce the formation of polymer coating adhering to the dryer wall during spray drying, thus increasing the powder yield.
  • EP-A 629650 From EP-A 629650 it is known that polymers (polymers III) obtained by radical polymerization of monomer mixtures of 15 to 80% by weight of at least one monomer of the general formula I and 20 to 85% by weight of radically copolymerizable monomers in aqueous Medium are available as spray aids in the spray drying of aqueous polymer dispersions are suitable. US-3965032 relates to the use of polymers III as dispersants in aqueous polymer dispersions. A disadvantage of the polymers III of EP-A 629650, however, is that they cannot fully satisfy their use as auxiliaries in the drying of aqueous polymer dispersions.
  • Polymers I and processes for their preparation in a wide variety of molecular weights are generally known.
  • JP-A 2/173108 describes e.g. the production of homopolymers and copolymers of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid and its salts. JP-A 2/173108 sees solely the use as a dispersant for inorganic materials in an aqueous medium as a possible application for these polymers.
  • US Pat. No. 5,294,686 discloses a process for the preparation of low molecular weight 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid polymers and their use as dispersants and corrosion inhibitors.
  • JP-A 6/122842 relates to the production of polymers I and their use as an additive in underwater antifouling agents.
  • AU-A 35611/84 relates to water-soluble polymers which contain carboxyl, sulfate or sulfonic acid groups and are terminated by -OH, -COOH or C 1-3 alkyl groups. These polymers are recommended as dispersants for particulate materials.
  • EP-A 123329 recommends inter alia Copolymers of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid as dispersants in aqueous pigment dispersions.
  • US-469816 discloses the use of a mixture of two polymers for the dispersion of a material consisting of particles.
  • One of the copolymers is polyacrylic acid, the other is poly-2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid.
  • DE-A 3232811 relates to the production of microcapsules with polyurea capsule walls in the presence of special polymers containing sulfonic acid groups. As such, homopolymers of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid with a relative molecular weight of 5000 to 10 7 are used.
  • EP-A 511520 recommends inter alia the use of polymers I as dispersants for the preparation of emulsifier-free aqueous polymer dispersions.
  • Polymers I to be used according to the invention preferably contain copolymerized monomers a in which R 1 , R 2 , R 3 , independently of one another, is H or CH 3 . Furthermore, monomers a of Advantage where X is NH. C 1 -C 3 -alkylene is advantageous as R 4 .
  • Suitable monomers a in salt form are in particular alkali metal (e.g. Li, Na, K) and alkaline earth metal (Ca, Mg) salts, but also salts which can be obtained by neutralizing the free acid by means of organic amines or ammonia.
  • Polymers I suitable in the sense of the invention are e.g. those whose weight fraction of polymerized monomers a is at least 85, or at least 90, or at least 95 or 100% by weight.
  • Suitable monomers b are all radically polymerizable monomers different from monomers a. These are, for example, monoethylenically unsaturated monomers such as olefins, for example ethylene or propylene, vinylaromatic monomers such as styrene, ⁇ -methylstyrene, o-chlorostyrene or vinyltoluenes, esters of vinyl alcohol and monocarboxylic acids having 1 to 18 carbon atoms such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl-n- butyrate, vinyl laurate and vinyl stearate, esters of ⁇ , ⁇ -monoethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids, preferably having 3 to 6 carbon atoms, such as acrylic acid, methacrylic acid, fumaric acid and itaconic acid, with generally 1 to 12, often 1 to 8 and mostly 1 alkanols containing up to 4 carbon atoms such as, in particular, methyl, eth
  • suitable monomers b are ⁇ , ⁇ -monoethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids and their amides such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, acrylamide and methacrylamide, the monoesters of these carboxylic acids with polyhydric alcohols such as hydroxyethyl acrylate, having 3 to 6 carbon atoms , Hydroxypropyl acrylate, also vinyl sulfonic acid and N-vinyl pyrrolidone.
  • the polymer I to be used according to the invention contains no monomers b polymerized in, it will generally be a homopolymer of a monomer I, for example 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid or one of its salts.
  • the weight average relative molecular weight M ⁇ w of polymers I to be used according to the invention can be, for example, 1000 to 10 6 , but also 2000 to 5 ⁇ 10 5 or 5000 to 10 5 or 1000 to 45000 or 7500 to 35000 or 10,000 to 25,000.
  • the preparation of polymers to be used according to the invention is known per se. It is advantageously carried out by radical polymerization. This is preferably carried out in polar solvents, in particular in water. Both the free acids and their corresponding water-soluble salts can be used as monomers a. Of course, their mixtures can also be used. Substances which regulate the molecular weight can also be used to set the desired molecular weight. Suitable molecular weight regulators are compounds which have a thiol group (for example tert-dodecyl or n-dodecyl mercaptan).
  • Suitable starters are inorganic peroxides such as sodium peroxodisulfate.
  • the polymerization can be carried out as solution or emulsion polymerization.
  • the ratio of weight average molecular weight M ⁇ w to number average molecular weight M ⁇ n of the aqueous polymers I to be used according to the invention can be 1 to 30 or 1 to 20 or 1 to 8. That is, the molecular weight can be essentially uniform or distributed over a certain width.
  • the polymers I to be used according to the invention dissolve in 100 g of water at 25 ° C. and 1 bar to at least 1 g. As a rule, this will be the case. Frequently, the solubility of the polymers I to be used according to the invention in 100 g of water under the aforementioned conditions is at least 10 g.
  • the polymer to be used according to the invention will generally be chosen so that its glass transition temperature (midpoint temperature, ASTM D 3418-82) is above the glass transition temperature of polymer II of the aqueous polymer dispersion to be spray-dried.
  • an aqueous polymer dispersion at an inlet temperature T E of the hot air stream of 100 to 200 ° C, preferably 120 to 160 ° C, and an outlet temperature T A of the warm air stream of 30 to 90 ° C, preferably 50 to 70 ° C to perform.
  • the aqueous polymer dispersion can be sprayed in a hot air stream, for example by means of single or multi-component nozzles or via a rotating disk.
  • the polymer powders are normally separated off using cyclones or filter separators.
  • the sprayed aqueous polymer dispersion and the hot air stream are preferably conducted in parallel.
  • preferred spray aids are those polymers I whose glass transition temperature meets the condition> T A. According to our own investigations, the glass transition temperatures of homopolymers of the monomers a are above 100 ° C. for not too low molecular weights.
  • the polymer I to be used according to the invention can be added directly to the aqueous dispersion of the polymer II to be dried as an aqueous solution or as an aqueous dispersion.
  • the aqueous dispersion of polymer II is preferably stirred into the aqueous solution of polymer I.
  • the polymers I to be used according to the invention can also be used in amounts of 1 to 10% by weight or 5 to 40% by weight or more, or in amounts of 10 to 20% by weight .
  • Possible monomers B are acrylamide, methacrylamide, acrylic acid, methacrylic acid, acrylonitrile, methacrylonitrile, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, vinyl pyrrolidone, hydroxyethyl acrylate, hydroxymethylacrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxypropyl methacrylate, quaternized vinylimidazole, N, N-meth (N) dialkyl, N, N (N) dialkyl Dialkylaminoalkyl (meth) acrylamides, Trialkylammoniumalkyl (meth) acrylates and Trialkylammoniumalkyl (meth) acrylamides.
  • the polymer dispersion to be dried can be a secondary dispersion of a polymer II.
  • the polymer II is e.g. prepared in a manner known per se by the method of free-radical solution polymerization and subsequently converted into an aqueous polymer dispersion.
  • the polymer I is preferably added to the finished aqueous polymer dispersion which contains the polymer II in dispersed form.
  • the aqueous polymer dispersion comprising polymer II is a primary dispersion, i.e.
  • the polymer I to be used according to the invention can be added as a drying aid both before, during and / or after the emulsion polymerization of the monomers constituting the polymer II.
  • polymer I will generally be added to an aqueous dispersion of polymer II which already contains dispersing agents (usually in amounts of up to 3% by weight, based on the amount of polymer II).
  • dispersing agents usually in amounts of up to 3% by weight, based on the amount of polymer II.
  • protective colloids and emulsifiers such as those e.g. are named in DE-A 4 21 39 65.
  • the stabilizing effect of protective colloids is primarily due to steric and / or electrostatic shielding of the dispersed polymer particles. As a rule, these are substances whose molecular weight is above 1500. They can be bound to the dispersed polymer particles both chemically and only physically.
  • emulsifiers whose relative molecular weight is regularly ⁇ 1000, is due to the fact that they are able to reduce the interfacial tension of the polymer / aqueous dispersion medium interface due to their amphiphilic structure (polar part and non-polar part).
  • emulsifiers can form micelles in water. They are also designed so that when added to water at 25 ° C and 1 atm, when the critical micelle concentration is reached, they reduce its surface tension by at least 25%.
  • polymers I to be used according to the invention in particular if they contain no monomers b polymerized in), whose weight average relative molecular weight is 5,000 to 35,000, preferably 7,500 to 20,000 or 15,000, not only form drying aids which can be used according to the invention, but at the same time are able to stabilize the disperse distribution of aqueous polymer dispersions in an outstanding manner.
  • aqueous dispersion of polymer II it is not necessary for the aqueous dispersion of polymer II to contain, in addition to polymers I, other types of protective colloids added in the course of their preparation. Rather, the content of protective colloids other than polymer I, based on the amount of polymer II contained, can be 5 5% by weight or 3 3% by weight or 0% by weight.
  • low molecular weight polymers I as described above also enables the production of stable, finely divided (weight-average polymer particle diameters 500 500 nm, frequently ⁇ 200 nm and 50 50 nm) aqueous polymer dispersions of polymers II. It is noteworthy that in this regard the use of ⁇ 1% by weight to ⁇ 10% by weight of low molecular weight polymer I, based on polymer II to be dispersed, is sufficient, particularly when it is a matter of low molecular weight poly-2-acrylamido-2 -methylpropanesulfonic acid acts as polymer I (of course, however, use amounts of up to 25 or up to 50% by weight can also be used in a corresponding manner).
  • the monomer composition of polymer II is essentially irrelevant with regard to the aforementioned relationships.
  • MaW come as monomers having at least one ethylenically unsaturated group to build up the polymer II in the aforementioned context, including other monoethylenically unsaturated monomers such as olefins, for example ethylene, vinylaromatic monomers such as styrene, ⁇ -methylstyrene, o-chlorostyrene or vinyltoluenes, vinyl and vinylidene halides such as vinyl and vinylidene chloride, esters of vinyl alcohol and monocarboxylic acids having 1 to 18 carbon atoms such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl n-butyrate, vinyl laurate and vinyl stearate, esters of ⁇ , ⁇ -monoethylenically unsaturated mono preferably having 3 to 6 carbon atoms and dicarboxylic acids, such as, in particular, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid, with alkanols which generally
  • the monomers mentioned generally form the main monomers which, based on the total amount of the monomers to be polymerized by the process of free-radical aqueous emulsion polymerization, normally comprise a proportion of more than 50% by weight.
  • Examples of such monomers are ⁇ , ⁇ -monoethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids and their amides such as, for example, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, acrylamide and methacrylamide, also vinyl sulfonic acid and its water-soluble salts and N- Vinyl pyrrolidone.
  • Monomers which usually increase the internal strength of the films in the aqueous polymer dispersion, are also generally only used in minor amounts, usually 0.5 to 10% by weight, based on the total amount of those to be polymerized Monomers, co-polymerized.
  • Such monomers normally have an epoxy, hydroxyl, N-methylol, carbonyl group or at least two non-conjugated ethylenically unsaturated double bonds.
  • these are N-alkylolamides of ⁇ , ⁇ -monoethylenically unsaturated carboxylic acids having 3 to 10 C atoms and their esters with alcohols having 1 to 4 C atoms, among which the N-methylolacrylamide and the N-methylolmethacrylamide are very particularly preferred, two monomers having vinyl radicals, two monomers having vinylidene radicals and two monomers having alkenyl radicals.
  • the di-esters of dihydric alcohols with ⁇ , ⁇ -monoethylenically unsaturated monocarboxylic acids are particularly suitable, among which in turn acrylic and methacrylic acid are preferably used.
  • examples of such two nonconjugated ethylenically unsaturated double bonds are alkylene glycol diacrylates and dimethacrylates monomers such as ethylene glycol, 1,3-butylene glycol diacrylate, 1,4-butylene glycol diacrylate and propylene glycol diacrylate, divinylbenzene, vinyl methacrylate, vinyl acrylate, allyl methacrylate, allyl acrylate, diallyl maleate, diallyl fumarate, methylenebisacrylamide, Cyclopentadienylacrylat or triallyl cyanurate.
  • the methacrylic acid and acrylic acid C 1 -C 8 hydroxyalkyl esters such as n-hydroxyethyl, n-hydroxypropyl or n-hydroxybutyl acrylate and methacrylate as well as compounds such as diacetone acrylamide and acetylacetoxyethyl acrylate or methacrylate are also of particular importance.
  • minor amounts, usually 0.01 to 2% by weight, based on the monomers to be polymerized, of copolymerizing substances such as tert-dodecyl mercaptan and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane can also be copolymerized. Such substances are preferably added to the polymerization zone in a mixture with the monomers to be polymerized.
  • polymers I according to the invention in particular enables both the preparation of emulsifier-free aqueous polymer dispersions and the preparation of emulsifier-free polymer powders redispersible in water. It is noteworthy that such essentially emulsifier-free aqueous polymer dispersions are characterized by a reduced viscosity.
  • the method of the monomer feed is preferably used.
  • the total amount of polymer I to be used as a protective colloid can either be placed in the polymerization vessel or continuously fed to the polymerization vessel together with the monomers to be polymerized.
  • drying aids known per se e.g. polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, naphthalenesulfonic acid (or phenolsulfonic acid) -formaldehyde condensates etc.
  • anti-caking agents such as highly disperse silicic acid, which are often used in the context of spray drying to prevent the polymer powder from caking during storage.
  • the polymer powders resulting from use according to the invention are suitable as binders in hydraulically setting compositions, paints, varnishes, adhesives, coating compositions (in particular for paper) and synthetic resin plasters, as are described in EP-A 629650.
  • Their solids volume content can be 10 to 75, often 20 to 65, mostly 30 to 50 vol .-%, based on the volume of the polymer dispersion.
  • aqueous polymer dispersions D6 to D10 could be dried satisfactorily to redispersible polymer powders by the spray drying process described under d).

Abstract

The process for drying aqueous dispersions of a polymer (B), in which the dispersion contains, as auxiliary drying agent, at least one polymer (A) containing (in polymerised form) 80-100 wt.% monomer(s) (a) of formula CH2CR1C(O)XCR2R3-R4-SOH (I) or salts thereof and 0-20 wt.% other radically polymerisable monomer(s) (b), in which R1-3 = H or 1-3 C alkyl; R4 = 1-5 C alkylene; and X = O or NH. Also claimed are: (i) the polymer powder containing (A) and (B); (ii) the mineral binder containing such polymer powder(s); (iii) the synthetic resin-plaster drying preparation containing such powder(s); (iv) the aqueous polymer dispersions of (B) with an emulsifier content of not more than 2 wt.%, containing (A) with a Mw of 5000-35,000 as added dispersant; (v) the process for the radical aqueous emulsion polymerisation of ethylenic monomers, in which (A) with a Mw of 5000-35000 is added before, during or after polymerisation; and (vi) the polymer powder obtained by drying as above.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Polymerisaten I, die in polymerisierter Form
zu > 80 bis 100 Gew.-% aus wenigstens einem Monomeren der allgemeinen Formel I und/oder deren Salzen (Monomere a)

Figure imgb0001
mit

R1, R2, R3:
unabhängig voneinander H oder C1- bis C3-Alkyl,
R4:
C1- bis C5-Alkylen und
X:
O oder NH,
und
zu 0 bis < 20 Gew.-% aus wenigstens einem radikalisch copolymerisierbaren Monomeren (Monomere b)
aufgebaut sind, als Hilfsmittel bei der Trocknung wäßriger Dispersionen von von den Polymerisaten I verschiedenen Polymerisaten II.The present invention relates to the use of polymers I in polymerized form
> 80 to 100% by weight of at least one monomer of the general formula I and / or salts thereof (monomers a)
Figure imgb0001
With
R 1 , R 2 , R 3 :
independently of one another H or C 1 to C 3 alkyl,
R 4 :
C 1 - to C 5 alkylene and
X:
O or NH,
and
0 to <20% by weight of at least one radically copolymerizable monomer (monomers b)
are built up as aids in the drying of aqueous dispersions of polymers II other than polymers I.

Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung die im Rahmen der Trocknung anfallenden, in Wasser redispergierbaren, Polymerisatpulver und die Verwendung dieser Pulver (z.B. als Additiv in mineralischen Bindemitteln oder als Bindemittel von Kunstharz-Putzen) sowie zur Herstellung der Pulver erforderliche Dispersionen von Polymerisaten II.In addition, the present invention relates to the polymer powders obtained in the course of drying, redispersible in water, and the use of these powders (for example as an additive in mineral binders or as binders in synthetic resin plasters) and dispersions of polymers II required for the preparation of the powders.

Wäßrige Polymerisatdispersionen sind allgemein bekannt. Es handelt sich um Systeme, die im wesentlichen kugelförmige Knäuel aus ineinander verschlungenen Polymerisatketten (sogenannte Polymerisatteilchen) in disperser Verteilung enthalten. Ebenso wie Polymerisatlösungen beim Verdampfen des Lösungsmittels, weisen wäßrige Polymerisatdispersionen beim Verdampfen des wäßrigen Dispergiermediums das Potential zur Ausbildung von Polymerisatfilmen auf, weshalb sie insbesondere als Bindemittel, Klebstoffe und Beschichtungsmittel Anwendung finden. Für die Eigenschaften wäßriger Polymerisatdispersionen von zentraler Bedeutung ist die Größe der in ihnen in disperser Verteilung enthaltenen Polymerisatteilchen. Insbesondere Eigenschaften wie die Viskosität der wäßrigen Polymerisatdispersion oder der Glanz ihrer Verfilmungen sind vom Durchmesser der dispergierten Polymerisatteilchen bzw., genauer, von der Durchmesserverteilungsfunktion der dispergierten Polymerisatteilchen abhängig (Verfilmungen kleiner Polymerisatteilchen weisen bei identischem Polymerisat in der Regel einen höheren Glanz auf; eine breite Durchmesserverteilung bedingt in der Regel eine geringere Viskosität der wäßrigen Polymerisatdispersion; Dispersionen kleiner Polymerisatteilchen verfügen in der Regel über ein größeres Pigmentbindevermögen etc.).Aqueous polymer dispersions are generally known. These are systems which essentially contain spherical balls of intertwined polymer chains (so-called polymer particles) in disperse distribution. Just like polymer solutions when the solvent is evaporated, aqueous polymer dispersions have the potential to form polymer films when the aqueous dispersion medium is evaporated, which is why they are used in particular as binders, adhesives and coating agents. For the properties Aqueous polymer dispersions of central importance is the size of the polymer particles contained in them in disperse distribution. In particular properties such as the viscosity of the aqueous polymer dispersion or the gloss of its films are dependent on the diameter of the dispersed polymer particles or, more precisely, on the diameter distribution function of the dispersed polymer particles (films of small polymer particles generally have a higher gloss with identical polymer; a broad diameter distribution generally causes a lower viscosity of the aqueous polymer dispersion; dispersions of small polymer particles generally have a greater pigment binding capacity, etc.).

Nachteilig an der Applikationsform "wäßrige Polymerisatdispersion" ist jedoch, daß ihr Herstellort in der Regel vom Gebrauchsort verschieden ist. Ihr Transport vom Herstellort zum Gebrauchsort impliziert jedoch neben dem Transport des letztlich den Polymerisatfilm im wesentlichen alleine konstituierenden Polymerisats zusätzlich stets den Transport des überall leicht verfügbaren Dispergiermediums "Wasser". Auch können wäßrige Polymerisatdispersionen mineralischen Bindemitteln zum Zwecke deren Modifikation erst am Gebrauchsort zugesetzt werden, da diese ansonsten vor Gebrauch aushärten.A disadvantage of the application form "aqueous polymer dispersion", however, is that its place of manufacture is generally different from the place of use. However, transporting them from the place of manufacture to the place of use always implies, in addition to the transport of the polymer which ultimately essentially constitutes the polymer film, the transport of the dispersing medium "water", which is readily available everywhere. Aqueous polymer dispersions can also be added to mineral binders for the purpose of modifying them only at the place of use, since these otherwise harden before use.

Eine wünschenswerte Erscheinungsform einer jeden wäßrigen Polymerisatdispersion ist daher diejenige ihres bei Zusatz von Wasser redispergierenden Polymerisatpulvers.A desirable form of appearance of any aqueous polymer dispersion is therefore that of its polymer powder which is redispersed when water is added.

Prinzipiell sind bei Zusatz von Wasser redispergierbare Polymerisatpulver durch Trocknung ihrer wäßrigen Polymerisatdispersionen zugänglich. Beispiele für solche Trocknungsverfahren sind die Gefriertrocknung und die Sprühtrocknung. Letztere Methode, bei der die Polymerisatdispersion in einem Warmluftstrom versprüht und entwässert wird, ist insbesondere zweckmäßig zur Erzeugung großer Pulvermengen. Vorzugsweise werden die Trockenluft und die versprühte Dispersion dabei im Gleichstrom durch den Trockner geführt (vgl. z.B. EP-A 262326 oder EP-A 407889).In principle, when water is added, redispersible polymer powders are accessible by drying their aqueous polymer dispersions. Examples of such drying processes are freeze drying and spray drying. The latter method, in which the polymer dispersion is sprayed and dewatered in a hot air stream, is particularly expedient for producing large amounts of powder. The dry air and the sprayed dispersion are preferably passed through the dryer in cocurrent (cf. e.g. EP-A 262326 or EP-A 407889).

Nachteilig an den durch Trocknung wäßriger Polymerisatdispersionen erzeugten Polymerisatpulvern ist jedoch, daß ihre Redispergierbarkeit bei Zusatz von Wasser in der Regel insofern nicht voll zu befriedigen vermag, als die bei der Redispergierung resultierende Polymerisatteilchendurchmesserverteilung in der Regel von derjenigen in der wäßrigen Ausgangsdispersion (Primärteilchendurchmesserverteilung) verschieden ist.A disadvantage of the polymer powders produced by drying aqueous polymer dispersions, however, is that their redispersibility when water is added is generally not fully satisfactory insofar as the polymer particle diameter distribution resulting from the redispersion is generally different from that in the aqueous starting dispersion (primary particle diameter distribution) .

Dieser Sachverhalt rührt daher, daß wäßrige Polymerisatdispersionen keine thermodynamisch stabilen Systeme bilden. Vielmehr versucht das System, die Grenzfläche Polymerisat/Dispergiermedium durch Vereinigung von kleinen Primärteilchen zu größeren Sekundärteilchen (z.B. Stippen, Koagulat) zu verkleinern, was im Zustand der dispersen Verteilung im wäßrigen Medium durch Zusatz von Dispergiermittel für längere Zeit verhindert werden kann. Im Rahmen der Trocknung reicht nun aber die Trennwirkung der Dispergiermittel häufig nicht mehr aus und es kommt in bestimmtem Umfang zu irreversibler Sekundärteilchenbildung. D.h., die Sekundärteilchen bleiben bei der Redispergierung als solche erhalten und mindern die anwendungstechnischen Eigenschaften der im Rahmen der Redispergierung erhältlichen wäßrigen Polymerisatdispersion.This fact arises from the fact that aqueous polymer dispersions do not form thermodynamically stable systems. Rather, the system tries to reduce the polymer / dispersion medium interface by combining small primary particles into larger secondary particles (e.g. specks, coagulate), which can be prevented for a long time in the state of disperse distribution in the aqueous medium by adding dispersant. In the course of drying, however, the separating effect of the dispersing agents is often no longer sufficient and to a certain extent irreversible secondary particle formation occurs. This means that the secondary particles are retained as such during redispersion and reduce the performance properties of the aqueous polymer dispersion obtainable as part of the redispersion.

Es ist nun seit längerem bekannt, daß es Stoffe gibt, deren Zusatz zu wäßrigen Polymerisatdispersionen das Erscheinungsbild irreversibler Sekundärteilchenbildung beim Trocknen reduziert. Diese Stoffe werden unter dem Oberbegriff Trocknungshilfsmittel zusammengefaßt. Sie sind vielfach insbesondere als Sprühhilfsmittel bekannt, da die Sprühtrocknung in besonderem Ausmaß die Ausbildung irreversibler Sekundärteilchen promoviert. Gleichzeitig mindern sie in der Regel die Ausbildung von an der Trocknerwand haften bleibendem Polymerbelag bei der Sprühtrocknung und bewirken so eine Erhöhung der Pulverausbeute.It has long been known that there are substances whose addition to aqueous polymer dispersions reduces the appearance of irreversible secondary particle formation when drying. These substances are summarized under the generic term drying aids. They are widely known in particular as spraying aids, since spray drying promotes the formation of irreversible secondary particles to a particular extent. At the same time, they generally reduce the formation of polymer coating adhering to the dryer wall during spray drying, thus increasing the powder yield.

Aus der EP-A 629650 ist bekannt, daß Polymerisate (Polymerisate III), die durch radikalische Polymerisation von Monomerengemischen aus 15 bis 80 Gew.-% wenigstens eines Monomeren der allgemeinen Formel I und 20 bis 85 Gew.-% radikalisch copolymerisierbaren Monomeren in wäßrigem Medium erhältlich sind, als Sprühhilfsmittel bei der Sprühtrocknung von wäßrigen Polymerisatdispersionen geeignet sind. Die US-3965032 betrifft die Verwendung von Polymerisaten III als Dispergiermittel in wäßrigen Polymerisatdispersionen. Nachteilig an den Polymerisaten III der EP-A 629650 ist jedoch, daß sie bezüglich ihrer Verwendung als Hilfsmittel bei der Trocknung wäßriger Polymerisatdispersionen nicht voll zu befriedigen vermögen.From EP-A 629650 it is known that polymers (polymers III) obtained by radical polymerization of monomer mixtures of 15 to 80% by weight of at least one monomer of the general formula I and 20 to 85% by weight of radically copolymerizable monomers in aqueous Medium are available as spray aids in the spray drying of aqueous polymer dispersions are suitable. US-3965032 relates to the use of polymers III as dispersants in aqueous polymer dispersions. A disadvantage of the polymers III of EP-A 629650, however, is that they cannot fully satisfy their use as auxiliaries in the drying of aqueous polymer dispersions.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, die Verwendung von für die Trocknung wäßriger Polymerisatdispersionen besser geeigneten Hilfsmitteln zur Verfügung zu stellen. Demgemäß wurde die eingangs definierte Verwendung von Polymerisaten I gefunden.It was therefore an object of the present invention to provide the use of auxiliaries which are more suitable for drying aqueous polymer dispersions. Accordingly, the use of polymers I defined at the outset was found.

Polymerisate I sowie Verfahren zu ihrer Herstellung in den unterschiedlichsten Molekulargewichten sind allgemein bekannt.Polymers I and processes for their preparation in a wide variety of molecular weights are generally known.

Die JP-A 2/173108 beschreibt z.B. die Herstellung von Homo- und Copolymerisaten der 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure und deren Salzen. Als Verwendungsmöglichkeit für diese Polymerisate sieht die JP-A 2/173108 allein den Einsatz als Dispergiermittel für anorganische Materialien in wäßrigem Medium.JP-A 2/173108 describes e.g. the production of homopolymers and copolymers of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid and its salts. JP-A 2/173108 sees solely the use as a dispersant for inorganic materials in an aqueous medium as a possible application for these polymers.

Aus der US-A 5 294 686 ist ein Verfahren zur Herstellung niedermolekularer 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure-Polymerisate und deren Verwendung als Dispergiermittel und Korrosionsinhibitor bekannt.US Pat. No. 5,294,686 discloses a process for the preparation of low molecular weight 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid polymers and their use as dispersants and corrosion inhibitors.

Die JP-A 6/122842 betrifft die Herstellung von Polymerisaten I und deren Verwendung als Additiv in Unterwasserantifoulingmitteln.JP-A 6/122842 relates to the production of polymers I and their use as an additive in underwater antifouling agents.

Die US-3 936 400 empfiehlt niedermolekulare 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure-Polymerisate als Viskositätsregler in der Ölförderung.US Pat. No. 3,936,400 recommends low molecular weight 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid polymers as viscosity regulators in oil production.

Die AU-A 35611/84 betrifft wasserlösliche Polymerisate, die Carboxyl-, Sulfat- oder Sulfonsäuregruppen enthalten und durch -OH, -COOH oder C1-3-Alkylgruppen terminiert werden. Diese Polymerisate werden als Dispergiermittel für partikuläre Materialien empfohlen.AU-A 35611/84 relates to water-soluble polymers which contain carboxyl, sulfate or sulfonic acid groups and are terminated by -OH, -COOH or C 1-3 alkyl groups. These polymers are recommended as dispersants for particulate materials.

Die EP-A 123329 empfiehlt u.a. Copolymerisate aus Acrylsäure und 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure als Dispergiermittel in wäßrigen Pigmentdispersionen.EP-A 123329 recommends inter alia Copolymers of acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid as dispersants in aqueous pigment dispersions.

Die US-469816 offenbart die Verwendung einer Mischung von zwei Polymerisaten zur Dispergierung von einem aus Partikeln bestehenden Material. Eines der Mischungspolymerisate ist Polyacrylsäure, das andere ist Poly-2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure.US-469816 discloses the use of a mixture of two polymers for the dispersion of a material consisting of particles. One of the copolymers is polyacrylic acid, the other is poly-2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid.

Die DE-A 3232811 betrifft die Herstellung von Mikrokapseln mit Polyharnstoff-Kapselwänden in Anwesenheit von speziellen sulfonsäuregruppenhaltigen Polymerisaten. Als solche werden u.a. Homopolymerisate der 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure mit einem relativen Molekulargewicht von 5000 bis 107 eingesetzt.DE-A 3232811 relates to the production of microcapsules with polyurea capsule walls in the presence of special polymers containing sulfonic acid groups. As such, homopolymers of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid with a relative molecular weight of 5000 to 10 7 are used.

Die EP-A 511520 empfiehlt u.a. die Verwendung von Polymerisaten I als Dispergiermittel für die Herstellung emulgatorfreier wäßriger Polymerisatdispersionen.EP-A 511520 recommends inter alia the use of polymers I as dispersants for the preparation of emulsifier-free aqueous polymer dispersions.

Bevorzugt enthalten erfindungsgemäß zu verwendende Polymerisate I solche Monomeren a einpolymerisiert, in denen R1, R2, R3, unabhängig voneinander, H oder CH3 ist. Ferner sind Monomere a von Vorteil, in denen X NH ist. Als R4 ist C1- bis C3-Alkylen vorteilhaft. Ganz besonders bevorzugt wird als Monomeres a 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure (bzw. deren Salze) eingesetzt, d.h., das Monomere der allgemeinen Formel I, in dem R1 = H, R2 und R3 = CH3, R4 = -CH2- und X = NH ist.Polymers I to be used according to the invention preferably contain copolymerized monomers a in which R 1 , R 2 , R 3 , independently of one another, is H or CH 3 . Furthermore, monomers a of Advantage where X is NH. C 1 -C 3 -alkylene is advantageous as R 4 . A 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (or its salts) is very particularly preferably used as the monomer, ie the monomer of the general formula I in which R 1 = H, R 2 and R 3 = CH 3 , R 4 = -CH 2 - and X = NH.

Geeignete Monomere a in Salzform sind insbesondere Alkalimetall- (z.B. Li, Na, K) - und Erdalkalimetall- (Ca, Mg) -Salze, aber auch Salze, die durch Neutralisation der freien Säure mittels organischen Aminen oder Ammoniak erhältlich sind. Im erfindungsgemäßen Sinn geeignete Polymerisate I sind also z.B. solche, deren Gewichtsanteil an einpolymerisierten Monomeren a wenigstens 85, oder wenigstens 90, oder wenigstens 95 oder 100 Gew.-% beträgt.Suitable monomers a in salt form are in particular alkali metal (e.g. Li, Na, K) and alkaline earth metal (Ca, Mg) salts, but also salts which can be obtained by neutralizing the free acid by means of organic amines or ammonia. Polymers I suitable in the sense of the invention are e.g. those whose weight fraction of polymerized monomers a is at least 85, or at least 90, or at least 95 or 100% by weight.

Als Monomere b kommen alle von den Monomeren a verschiedenen radikalisch polymerisierbaren Monomeren in Betracht. Dies sind z.B. monoethylenisch ungesättigte Monomere wie Olefine, z.B. Ethylen oder Propylen, vinylaromatische Monomere wie Styrol, α-Methylstyrol, o-Chlorstyrol oder Vinyltoluole, Ester aus Vinylalkohol und 1 bis 18 C-Atome aufweisenden Monocarbonsäuren wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinyl-n-butyrat, Vinyllaurat und Vinylstearat, Ester aus vorzugsweise 3 bis 6 C-Atome aufweisenden α,β-monoethylenisch ungesättigten Mono- und Dicarbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Fumarsäure und Itaconsäure, mit im allgemeinen 1 bis 12, häufig 1 bis 8 und meist 1 bis 4 C-Atome aufweisenden Alkanolen wie insbesondere Acrylsäure- und Methacrylsäuremethyl-, -ethyl-, -n-butyl-, -iso-butyl-, -tert.-butyl- und -2-ethylhexylester, Maleinsäuredimethylester oder Maleinsäure-n-butylester, die Nitrile der vorgenannten α,β-monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren wie Acrylnitril sowie C4-8-konjugierte Diene wie 1,3-Butadien und Isopren. Weitere geeignete Monomere b sind 3 bis 6 C-Atome aufweisende α,β-monoethylenisch ungesättigte Mono- und Dicarbonsäuren und deren Amide wie z.B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Acrylamid und Methacrylamid, die Monoester dieser Carbonsäuren mit mehrwertigen Alkoholen wie Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropylacrylat, ferner Vinylsulfonsäure sowie N-Vinylpyrrolidon.Suitable monomers b are all radically polymerizable monomers different from monomers a. These are, for example, monoethylenically unsaturated monomers such as olefins, for example ethylene or propylene, vinylaromatic monomers such as styrene, α-methylstyrene, o-chlorostyrene or vinyltoluenes, esters of vinyl alcohol and monocarboxylic acids having 1 to 18 carbon atoms such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl-n- butyrate, vinyl laurate and vinyl stearate, esters of α, β-monoethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids, preferably having 3 to 6 carbon atoms, such as acrylic acid, methacrylic acid, fumaric acid and itaconic acid, with generally 1 to 12, often 1 to 8 and mostly 1 alkanols containing up to 4 carbon atoms such as, in particular, methyl, ethyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl and 2-ethylhexyl acrylate, dimethyl maleate or n-butyl maleate , the nitriles of the aforementioned α, β-monoethylenically unsaturated carboxylic acids such as acrylonitrile and C 4-8 -conjugated dienes such as 1,3-butadiene and isoprene. Further suitable monomers b are α, β-monoethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids and their amides such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, acrylamide and methacrylamide, the monoesters of these carboxylic acids with polyhydric alcohols such as hydroxyethyl acrylate, having 3 to 6 carbon atoms , Hydroxypropyl acrylate, also vinyl sulfonic acid and N-vinyl pyrrolidone.

Enthält das erfindungsgemäß zu verwendende Polymerisat I keine Monomeren b einpolymerisiert, wird es in der Regel ein Homopolymerisat eines Monomeren I, z.B. der 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure oder eines ihrer Salze, sein. Das gewichtsmittlere relative Molekulargewicht M ¯

Figure imgb0002
w von erfindungsgemäß zu verwendenden Polymerisaten I (bezogen auf die vollneutraliesierte Na-Salz Form) kann z.B. 1000 bis 106, aber auch 2000 bis 5·105 oder 5000 bis 105 oder 1000 bis 45000 oder 7500 bis 35000 oder 10 000 bis 25 000 betragen.If the polymer I to be used according to the invention contains no monomers b polymerized in, it will generally be a homopolymer of a monomer I, for example 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid or one of its salts. The weight average relative molecular weight M ¯
Figure imgb0002
w of polymers I to be used according to the invention (based on the fully neutralized Na salt form) can be, for example, 1000 to 10 6 , but also 2000 to 5 · 10 5 or 5000 to 10 5 or 1000 to 45000 or 7500 to 35000 or 10,000 to 25,000.

Bezugbasis für die vorgenannten Angaben ist im Fall der in der Regel wasserlöslichen Na-Salze der Polymerisate I eine Molekulargewichtsbestimmung nach der Methode der Gelpermationschromatographie unter Anwendung von vier hintereinander gestalteten Säulen

  • 1. Innendurchmesser : 7,8 mm, Länge : 30 cm, Trennmaterial : Toso Hass TSK PW-XL 5000,
  • 2. Innendurchmesser : 7,8 mm, Länge : 30 cm, Trennmaterial : Waters Ultrahydrogel 1000,
  • 3. Innendurchmesser : 7,8 mm, Länge : 30 cm, Trennmaterial : Waters Ultrahydrogel 500,
  • 4. Innendurchmesser : 7,8 mm, Länge : 30 cm, Trennmaterial : Waters Ultrahydrogel 500.
In the case of the generally water-soluble Na salts of the polymers I, the reference basis for the above-mentioned information is a molecular weight determination according to the gel permeation chromatography method using four columns arranged in series
  • 1.Inside diameter: 7.8 mm, length: 30 cm, separating material: Toso Hass TSK PW-XL 5000,
  • 2.Inside diameter: 7.8 mm, length: 30 cm, separating material: Waters Ultrahydrogel 1000,
  • 3. Inner diameter: 7.8 mm, length: 30 cm, separating material: Waters Ultrahydrogel 500,
  • 4.Inside diameter: 7.8 mm, length: 30 cm, separating material: Waters Ultrahydrogel 500.

Aufgegeben werden 200 µl einer 0,1 gew.-%igen wäßrigen Lösung des mit Natriumhydroxid neutralisierten Polymerisats I. Die Säulen werden auf 35°C temperiert. Als Elutionsmittel wird eine wäßrige 0,08 molare Lösung eines TRIS-Puffer (pH 7) verwendet, dem 0,15 mol/l NaCl bzw. 0,01 mol/l NaN3 zugesetzt werden. Die Durchflußgeschwindigkeit des Eluiermittels wird zu 0,5 ml/min gewählt. Vor der Probenaufgabe wird die Probe durch ein Filter der Marke Sartorius Minisart RC 25 (Porenweite 0,20 µm) filtriert. Als Detektor wird ein Differentialrefraktometer ERC 7510 der Firma ERMA verwendet. Die Kalibrierung erfolgt nach R. Brüssau u.a. in Tenside, Surf.Det. 28 (1991)396-406. Relative Molekulargewichte <700 werden bei der vorgenannten Bestimmungsmethode nicht berücksichtigt.200 .mu.l of a 0.1% by weight aqueous solution of the polymer I neutralized with sodium hydroxide are added. The columns are heated to 35.degree. An aqueous 0.08 molar solution of a TRIS buffer (pH 7) is used as eluent, to which 0.15 mol / l NaCl or 0.01 mol / l NaN 3 are added. The flow rate of the eluent is chosen to be 0.5 ml / min. Before the sample is placed, the sample is filtered through a Sartorius Minisart RC 25 filter (pore size 0.20 µm). A ERC 7510 differential refractometer from ERMA is used as the detector. The calibration is carried out according to R. Brüssau and others in Tenside, Surf.Det. 28 : 396-406 (1991). Relative molecular weights <700 are not taken into account in the aforementioned determination method.

Wie bereits erwähnt, ist die Herstellung erfindungsgemäß zu verwendender Polymerisate an sich bekannt. Mit Vorteil erfolgt sie durch radikalische Polymerisation. Bevorzugt wird diese in polaren Lösungsmitteln, insbesondere in Wasser, durchgeführt. Als Monomere a können sowohl die freien Säuren als auch deren in der entsprechenden Menge wasserlöslichen Salze eingesetzt werden. Selbstverständlich können auch deren Mischungen eingesetzt werden. Zur Einstellung des gewünschten Molekulargewichts können das Molekulargewicht regelnde Substanzen mitverwendet werden. Geeignete Molekulargewichtsregler sind Verbindungen die eine Thiolgruppe aufweisen (z.B. tert.Dodecyl- oder n-Dodecylmercaptan).As already mentioned, the preparation of polymers to be used according to the invention is known per se. It is advantageously carried out by radical polymerization. This is preferably carried out in polar solvents, in particular in water. Both the free acids and their corresponding water-soluble salts can be used as monomers a. Of course, their mixtures can also be used. Substances which regulate the molecular weight can also be used to set the desired molecular weight. Suitable molecular weight regulators are compounds which have a thiol group (for example tert-dodecyl or n-dodecyl mercaptan).

Geeignete Starter sind anorganische Peroxide wie Natriumperoxodisulfat. Die Polymerisation kann je nach Monomerenzusammensetzung als Lösungs- oder Emulsionspolymerisation erfolgen. Das Verhältnis von gewichtsmittlerem Molekulargewicht M ¯

Figure imgb0003
w zu zahlenmittlerem Molekulargewicht M ¯
Figure imgb0004
n der erfindungsgemäß zu verwendenden wäßrigen Polymerisate I kann 1 bis 30 bzw. 1 bis 20 oder 1 bis 8 betragen. D.h., das Molekulargewicht kann im wesentlichen einheitlich oder über eine gewisse Breite verteilt sein.Suitable starters are inorganic peroxides such as sodium peroxodisulfate. Depending on the monomer composition, the polymerization can be carried out as solution or emulsion polymerization. The ratio of weight average molecular weight M ¯
Figure imgb0003
w to number average molecular weight M ¯
Figure imgb0004
n of the aqueous polymers I to be used according to the invention can be 1 to 30 or 1 to 20 or 1 to 8. That is, the molecular weight can be essentially uniform or distributed over a certain width.

Günstig ist es, wenn sich die erfindungsgemäß zu verwendenden Polymerisate I in 100 g Wasser bei 25°C und 1 bar zu wenigstens 1 g lösen. In der Regel wird dies der Fall sein. Häufig beträgt die Löslichkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Polymerisate I in 100 g Wasser unter vorgenannten Bedingungen wenigstens 10 g.It is advantageous if the polymers I to be used according to the invention dissolve in 100 g of water at 25 ° C. and 1 bar to at least 1 g. As a rule, this will be the case. Frequently, the solubility of the polymers I to be used according to the invention in 100 g of water under the aforementioned conditions is at least 10 g.

Erfolgt die Herstellung des redispergierbaren Polymerisatpulvers nach dem Verfahren der Sprühtrocknung, wird man das erfindungsgemäß zu verwendende Polymerisat in der Regel so wählen, daß seine Glasübergangstemperatur (midpoint temperature, ASTM D 3418-82) oberhalb der Glasübergangstemperatur des Polymerisats II der sprühzutrocknenden wäßrigen Polymerisatdispersion liegt.If the redispersible polymer powder is prepared by the spray drying process, the polymer to be used according to the invention will generally be chosen so that its glass transition temperature (midpoint temperature, ASTM D 3418-82) is above the glass transition temperature of polymer II of the aqueous polymer dispersion to be spray-dried.

Besonders zweckmäßig ist es, die Sprühtrocknung eine wäßrigen Polymerisatdispersion bei einer Eingangstemperatur T E des Warmluftstroms von 100 bis 200°C, vorzugsweise 120 bis 160°C, und einer Ausgangstemperatur T A des Warmluftstroms von 30 bis 90°C, vorzugsweise 50 bis 70°C, durchzuführen. Das Versprühen der wäßrigen Polymerisatdispersion im Warmluftstrom kann z.B. mittels Ein- oder Mehrstoffdüsen oder über eine rotierende Scheibe erfolgen. Die Abscheidung der Polymerisatpulver erfolgt normalerweise unter Verwendung von Zyklonen oder Filterabscheidern. Die versprühte wäßrige Polymerisatdispersion und der Warmluftstrom werden vorzugsweise parallel geführt.It is particularly expedient to spray-dry an aqueous polymer dispersion at an inlet temperature T E of the hot air stream of 100 to 200 ° C, preferably 120 to 160 ° C, and an outlet temperature T A of the warm air stream of 30 to 90 ° C, preferably 50 to 70 ° C to perform. The aqueous polymer dispersion can be sprayed in a hot air stream, for example by means of single or multi-component nozzles or via a rotating disk. The polymer powders are normally separated off using cyclones or filter separators. The sprayed aqueous polymer dispersion and the hot air stream are preferably conducted in parallel.

Vor diesem Hintergrund sind als Sprühhilfsmittel solche Polymerisate I bevorzugt, deren Glasübergangstemperatur die Bedingung >T A erfüllt. Die Glasübergangstemperaturen von Homopolymerisaten der Monomeren a liegen für nicht zu niedrige Molekulargewichte nach eigenen Untersuchungen oberhalb von 100°C.Against this background, preferred spray aids are those polymers I whose glass transition temperature meets the condition> T A. According to our own investigations, the glass transition temperatures of homopolymers of the monomers a are above 100 ° C. for not too low molecular weights.

Das erfindungsgemäß zu verwendende Polymerisat I kann der zu trocknenden wäßrigen Dispersion des Polymerisats II als wäßrige Lösung oder als wäßrige Dispersion unmittelbar zugesetzt werden. Im Fall einer zu verwendenden wäßrigen Lösung des Polymerisats I rührt man vorzugsweise die wäßrige Dispersion das Polymerisats II in die wäßrige Lösung der Polymerisats I ein.The polymer I to be used according to the invention can be added directly to the aqueous dispersion of the polymer II to be dried as an aqueous solution or as an aqueous dispersion. In the case of an aqueous solution of polymer I to be used the aqueous dispersion of polymer II is preferably stirred into the aqueous solution of polymer I.

Es überrascht, daß ein Zusatz von Polymerisaten I in Mengen von 1 oder 2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Menge an in der zu trocknenden Dispersion enthaltenem Polymerisat II, bereits gute Redispergierbarkeit des durch Trocknung resultierenden Polymerisatpulvers bedingt.It is surprising that addition of polymers I in amounts of 1 or 2 to 5% by weight, based on the amount of polymer II contained in the dispersion to be dried, already requires good redispersibility of the polymer powder resulting from drying.

Selbstverständlich kann man, in gleicher Weise bezogen, die erfindungsgemäß zu verwendenden Polymerisate I auch in Mengen von 1 bis 10 Gew.-% oder 5 bis 40 Gew.-% und mehr, bzw. in Mengen von 10 bis 20 Gew.-% anwenden.Of course, in the same way, the polymers I to be used according to the invention can also be used in amounts of 1 to 10% by weight or 5 to 40% by weight or more, or in amounts of 10 to 20% by weight .

Als besonders günstig erweist sich die erfindungsgemäße Verwendung von Polymerisaten I im Fall von Polymerisaten II, deren Glasübergangstemperatur ≤ 50°C oder ≤ 25°C oder ≤ 0°C beträgt. In der Regel wird die Glasübergangstemperatur der Polymerisate II ≥ - 60°C, oder ≥ - 40°C oder ≥ - 20°C betragen. Ferner erweist sich die erfindungsgemäße Verwendung von Polymerisaten I im Fall von solchen Polymerisaten II als besonders günstig, die in polymerisierter Form aus

  • A) 80 bis 100 Gew.-% wenigstens eines Monomeren aus der Gruppe umfassend Styrol, α-Methylstyrol, Vinyltoluole, Ester aus 3 bis 6 C-Atome aufweisenden α,β-monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren und 1 bis 12 C-Atome aufweisenden Alkanolen, Butadien sowie Vinyl- und Allylester von 1 bis 12 C-Atome aufweisenden Carbonsäuren und
  • B) 0 bis 20 Gew.-% sonstigen, wenigstens eine ethylenisch ungesättigte Gruppe aufweisenden Monomeren
aufgebaut sind (solche Polymerisate II seien nachfolgend als Polymerisate II* bezeichnet). D.h., mögliche Monomere A sind n-Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Methylmethacrylat und Styrol.The use of polymers I according to the invention has proven to be particularly favorable in the case of polymers II whose glass transition temperature is 25 50 ° C. or ° 25 ° C. or ° 0 ° C. As a rule, the glass transition temperature of polymer II will be ≥ - 60 ° C, or ≥ - 40 ° C or ≥ - 20 ° C. Furthermore, the use of polymers I according to the invention proves to be particularly advantageous in the case of those polymers II which are in polymerized form
  • A) 80 to 100% by weight of at least one monomer from the group comprising styrene, α-methylstyrene, vinyltoluenes, esters of 3 to 6 C-atom-containing α, β-monoethylenically unsaturated carboxylic acids and 1 to 12 C-atom alkanols, Butadiene and vinyl and allyl esters of 1 to 12 carbon atoms and carboxylic acids
  • B) 0 to 20% by weight of other monomers having at least one ethylenically unsaturated group
are built up (such polymers II are referred to below as polymers II *). Ie, possible monomers A are n-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate and styrene.

Mögliche Monomere B sind Acrylamid, Methacrylamid, Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylnitril, Methacrylnitril, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, Vinylpyrrolidon, Hydroxyethylacrylat, Hydroxymethylacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, quaternisiertes Vinylimidazol, N,N-Dialkylaminoalkyl(meth)acrylate, N,N-Dialkylaminoalkyl(meth)acrylamide, Trialkylammoniumalkyl(meth)acrylate und Trialkylammoniumalkyl(meth)acrylamide.Possible monomers B are acrylamide, methacrylamide, acrylic acid, methacrylic acid, acrylonitrile, methacrylonitrile, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, vinyl pyrrolidone, hydroxyethyl acrylate, hydroxymethylacrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxypropyl methacrylate, quaternized vinylimidazole, N, N-meth (N) dialkyl, N, N (N) dialkyl Dialkylaminoalkyl (meth) acrylamides, Trialkylammoniumalkyl (meth) acrylates and Trialkylammoniumalkyl (meth) acrylamides.

Selbstredend kann es sich bei der zu trocknenden Polymerisatdispersion um eine Sekundärdispersion eines Polymerisats II handeln. In diesem Fall wird das Polymerisat II z.B. in an sich bekannter Weise nach der Methode der radikalischen Lösungspolymerisation hergestellt und nachträglich in eine wäßrige Polymerisatdispersion überführt. In diesem Fall wird das Polymerisat I vorzugsweise der fertigen, das Polymerisat II dispergiert enthaltenden, wäßrigen Polymerisatdispersion zugesetzt.Of course, the polymer dispersion to be dried can be a secondary dispersion of a polymer II. In this case the polymer II is e.g. prepared in a manner known per se by the method of free-radical solution polymerization and subsequently converted into an aqueous polymer dispersion. In this case, the polymer I is preferably added to the finished aqueous polymer dispersion which contains the polymer II in dispersed form.

Handelt es sich bei der das Polymerisat II umfassenden wäßrigen Polymerisatdispersion um eine Primärdispersion, d.h. um eine solche Polymerisatdispersion, die nach der Methode der radikalischen wäßrigen Emulsionspolymerisation unmittelbar in disperser Verteilung befindlich hergestellt wird, kann das erfindungsgemäß zu verwendende Polymerisat I als Trocknungshilfsmittel sowohl vor, während und/oder nach der Emulsionspolymerisation der das Polymerisat II konstituierenden Monomeren zugesetzt werden.If the aqueous polymer dispersion comprising polymer II is a primary dispersion, i.e. In order to add such a polymer dispersion, which is produced directly in disperse distribution by the free-radical aqueous emulsion polymerization method, the polymer I to be used according to the invention can be added as a drying aid both before, during and / or after the emulsion polymerization of the monomers constituting the polymer II.

D.h., in der Regel wird man das Polymerisat I einer wäßrigen Dispersion eines Polymerisats II zusetzen, die bereits Dispergiermittel (üblicherweise in Mengen von bis zu 3 Gew.-% bezogen auf die Menge des Polymerisats II) enthält. Als solche kommen sowohl die üblicherweise eingesetzten Schutzkolloide als auch Emulgatoren in Betracht wie sie z.B. in der DE-A 4 21 39 65 benannt sind. Die stabilisierende Wirkung von Schutzkolloiden ist in erster Linie auf eine sterische und/oder elektrostatische Abschirmung der dispergierten Polymerisatpartikel zurückzuführen. Es handelt sich in der Regel um solche Substanzen, deren Molekulargewicht oberhalb von 1500 liegt. Sie können an die dispergierte Polymerisatpartikel sowohl chemisch als auch nur physikalisch gebunden sein. Die stabilisierende Wirkung von Emulgatoren, deren relatives Molekulargewicht regelmäßig < 1000 beträgt, ist darauf zurückzuführen, daß sie infolge ihres amphiphilen Aufbaus (polarer Teil und unpolarer Teil) die Grenzflächenspannung der Grenzfläche Polymerisat/wäßriges Dispergiermedium zu reduzieren vermögen. Im Unterschied zu Schutzkolloiden vermögen Emulgatoren in Wasser Micellen auszubilden. Sie sind ferner so beschaffen, daß sie bei Zusatz zu Wasser bei 25°C und 1 atm beim Erreichen der kritischen Micellbildungskonzentration dessen Oberflächenspannung um wenigstens 25 % reduzieren.In other words, polymer I will generally be added to an aqueous dispersion of polymer II which already contains dispersing agents (usually in amounts of up to 3% by weight, based on the amount of polymer II). Both the commonly used protective colloids and emulsifiers, such as those e.g. are named in DE-A 4 21 39 65. The stabilizing effect of protective colloids is primarily due to steric and / or electrostatic shielding of the dispersed polymer particles. As a rule, these are substances whose molecular weight is above 1500. They can be bound to the dispersed polymer particles both chemically and only physically. The stabilizing effect of emulsifiers, whose relative molecular weight is regularly <1000, is due to the fact that they are able to reduce the interfacial tension of the polymer / aqueous dispersion medium interface due to their amphiphilic structure (polar part and non-polar part). In contrast to protective colloids, emulsifiers can form micelles in water. They are also designed so that when added to water at 25 ° C and 1 atm, when the critical micelle concentration is reached, they reduce its surface tension by at least 25%.

Erfindungsgemäß von ganz wesentlicher Bedeutung ist, daß insbesondere erfindungsgemäß zu verwendende Polymerisate I (insbesondere wenn sie keine Monomeren b einpolymerisiert enthalten), deren gewichtsmittleres relatives Molekulargewicht 5000 bis 35 000, bevorzugt 7500 bis 20 000 bzw. 15 000 beträgt, nicht nur erfindungsgemäß verwendbare Trocknungshilfsmittel bilden, sondern gleichzeitig in hervorragender Weise die disperse Verteilung wäßriger Polymerisatdispersionen zu stabilisieren vermögen. D.h., setzt man solche erfindungsgemäß zu verwendenden Polymerisate I bereits im Verlauf der radikalischen wäßrige Emulsionspolymerisation zu, besteht einerseits die Möglichkeit, wäßrige Polymerisatdispersionen von Polymerisaten II zu erzeugen, deren Emulgatorgehalt, bezogen auf die Menge an dispergiertem Polymerisat II, ≤ 2, oder ≤ 1 oder ≤ 0,5 oder ≤ 0,1 oder 0 Gew.-% beträgt (die Mitverwendung von Emulgatoren ist häufig unerwünscht, da sie die Verfilmungen der wäßrigen Polymerisatdispersion in der Regel gegenüber Wassereinwirkung empfindlich machen bzw. aufgrund ihrer Niedermolekularität in der Regel aus der Verfilmung ausschwitzen), und die andererseits gleichzeitig in hervorragender Weise zu redispergierbaren Polymerisatpulvern trockenbar sind. Dabei ist es nicht notwendig, daß die wäßrige Dispersion des Polymerisat II neben Polymerisaten I noch Schutzkolloide anderer Art im Rahmen ihrer Herstellung zugesetzt enthält. Vielmehr kann auch der Gehalt an von Polymerisaten I verschiedenen Schutzkolloiden, bezogen auf die Menge des enthaltenen Polymerisats II, ≤ 5 Gew.-% oder ≤ 3 Gew.-% oder 0 Gew.-% betragen.It is very important according to the invention that in particular polymers I to be used according to the invention (in particular if they contain no monomers b polymerized in), whose weight average relative molecular weight is 5,000 to 35,000, preferably 7,500 to 20,000 or 15,000, not only form drying aids which can be used according to the invention, but at the same time are able to stabilize the disperse distribution of aqueous polymer dispersions in an outstanding manner. That is, if such polymers I to be used according to the invention are added during the course of the free radical aqueous emulsion polymerization, on the one hand there is the possibility of producing aqueous polymer dispersions of polymers II whose emulsifier content, based on the amount of dispersed polymer II, is ≤ 2 or ≤ 1 or ≤ 0.5 or ≤ 0.1 or 0 wt .-% (the use of emulsifiers is often undesirable, since they usually make the films of the aqueous polymer dispersion sensitive to the action of water or, due to their low molecular weight, usually from the Sweat out filming), and which, on the other hand, can be dried in an excellent way to redispersible polymer powders. It is not necessary for the aqueous dispersion of polymer II to contain, in addition to polymers I, other types of protective colloids added in the course of their preparation. Rather, the content of protective colloids other than polymer I, based on the amount of polymer II contained, can be 5 5% by weight or 3 3% by weight or 0% by weight.

Besonders bemerkenswert ist, daß die wie vorstehend beschrieben erfolgende Verwendung von solchen niedermolekularen Polymerisaten I auch die Erzeugung stabiler feinteiliger (gewichtsmittlerer Polymerisatteilchendurchmesser ≤ 500 nm, häufig ≤ 200 nm und ≥ 50 nm) wäßriger Polymerisatdispersionen von Polymerisaten II ermöglicht. Beachtenswert ist, daß diesbezüglich eine Verwendung von ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 10 Gew.-% an niedermolekularen Polymerisaten I, bezogen auf zu dispergierendes Polymerisat II, ausreicht, insbesondere dann, wenn es sich um niedermolekulare Poly-2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure als Polymerisat I handelt (selbstverständlich können aber auch in entsprechender Weise bezogene Anwendungsmengen von bis zu 25 bzw. bis zu 50 Gew.-% eingesetzt werden). Dieser Sachverhalt überrascht selbst angesichts der im Stand der Technik zu findenden Empfehlung, niedermolekulare Polymerisate I als Dispergiermittel für feinteilige anorganische Materialien einzusetzen. Wie in den Ausführungsbeispielen gezeigt wird, kann normalerweise von einer Dispergierwirkung bei feinteiligen anorganischen Materialien nicht auf eine solche Wirkung im Rahmen der Herstellung wäßriger Polymerisatdispersionen nach der Methode der radikalischen wäßrigen Emulsionspolymerisation geschlossen werden.It is particularly noteworthy that the use of such low molecular weight polymers I as described above also enables the production of stable, finely divided (weight-average polymer particle diameters 500 500 nm, frequently ≤ 200 nm and 50 50 nm) aqueous polymer dispersions of polymers II. It is noteworthy that in this regard the use of ≥ 1% by weight to ≤ 10% by weight of low molecular weight polymer I, based on polymer II to be dispersed, is sufficient, particularly when it is a matter of low molecular weight poly-2-acrylamido-2 -methylpropanesulfonic acid acts as polymer I (of course, however, use amounts of up to 25 or up to 50% by weight can also be used in a corresponding manner). This fact is surprising even in view of the recommendation in the prior art to use low molecular weight polymers I as dispersants for finely divided inorganic materials. As is shown in the exemplary embodiments, it cannot normally be concluded from a dispersing action in the case of finely divided inorganic materials that such an action is involved in the preparation of aqueous polymer dispersions by the free-radical aqueous emulsion polymerization method.

Die Monomerenzusammensetzung des Polymerisats II ist bezüglich der vorgenannten Zusammenhänge im wesentlichen unbeachtlich. Desgleichen gilt für die Art gegebenenfalls mitverwendeter Emulgatoren und Schutzkolloide sowie für die Art des eingesetzten Polymerisationsinitiators. D.h., die vorgenannten Zusammenhänge treffen z.B. auch im Fall von solchen Polymerisaten II zu, die weniger als 70 Gew.-% Styrol einpolymerisiert enthalten.The monomer composition of polymer II is essentially irrelevant with regard to the aforementioned relationships. The same applies to the type of emulsifiers and protective colloids used, as well as to the type of polymerization initiator used. That is, the above-mentioned relationships meet e.g. also in the case of those polymers II which contain less than 70% by weight of styrene copolymerized.

M.a.W. kommen als wenigstens eine ethylenisch ungesättigte Gruppe aufweisende Monomere zum Aufbau des Polymerisats II im vorgenannten Zusammenhang unter anderen in Betracht monoethylenisch ungesättigte Monomere wie Olefine, z.B. Ethylen, vinylaromatische Monomere wie Styrol, α-Methylstyrol, o-Chlorstyrol oder Vinyltoluole, Vinyl- und Vinylidenhalogenide wie Vinyl- und Vinylidenchlorid, Ester aus Vinylalkohol und 1 bis 18 C-Atome aufweisenden Monocarbonsäuren wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinyl-n-butyrat, Vinyllaurat und Vinylstearat, Ester aus vorzugsweise 3 bis 6 C-Atome aufweisenden α,β-monoethylenisch ungesättigten Mono- und Dicarbonsäuren, wie insbesondere Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Itaconsäure, mit im allgemeinen 1 bis 12, vorzugsweise 1 bis 8 und insbesondere 1 bis 4 C-Atome aufweisenden Alkanolen wie besonders Acrylsäure- und Methyacrylsäuremethyl-, -ethyl-, -n-butyl-, -iso-butyl- und -2-ethylhexylester, Maleinsäuredimethylester oder Maleinsäure-n-butylester, Nitrile α,β-monoethylenisch ungesättigter Carbonsäuren wie Acrylnitril sowie C4-8-konjugierte Diene wie 1,3-Butadien und Isopren in Betracht. Die genannten Monomeren bilden in der Regel die Hauptmonomeren, die, bezogen auf die Gesamtmenge der nach dem Verfahren der radikalischen wäßrigen Emulsionspolymerisation zu polymerisierenden Monomeren, normalerweise einen Anteil von mehr als 50 Gew.-% auf sich vereinen. Monomere, die für sich polymerisiert üblicherweise Homopolymerisate ergeben, die eine erhöhte Wasserlöslichkeit aufweisen, werden im Normalfall lediglich als modifizierende Monomere in Mengen, bezogen auf die Gesamtmenge der zu polymerisierenden Monomeren, von weniger als 50 Gew.-%, in der Regel 0,5 bis 20, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-%, miteinpolymerisiert.MaW come as monomers having at least one ethylenically unsaturated group to build up the polymer II in the aforementioned context, including other monoethylenically unsaturated monomers such as olefins, for example ethylene, vinylaromatic monomers such as styrene, α-methylstyrene, o-chlorostyrene or vinyltoluenes, vinyl and vinylidene halides such as vinyl and vinylidene chloride, esters of vinyl alcohol and monocarboxylic acids having 1 to 18 carbon atoms such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl n-butyrate, vinyl laurate and vinyl stearate, esters of α, β-monoethylenically unsaturated mono preferably having 3 to 6 carbon atoms and dicarboxylic acids, such as, in particular, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid, with alkanols which generally have 1 to 12, preferably 1 to 8 and in particular 1 to 4, carbon atoms, such as, in particular, methyl, ethyl, acrylic acid and methacrylic acid, n-butyl, isobutyl and -2-ethylhexyl ester, dimethyl maleate or Ma n-butyl linseate, nitriles α, β-monoethylenically unsaturated carboxylic acids such as acrylonitrile and C 4-8 -conjugated dienes such as 1,3-butadiene and isoprene. The monomers mentioned generally form the main monomers which, based on the total amount of the monomers to be polymerized by the process of free-radical aqueous emulsion polymerization, normally comprise a proportion of more than 50% by weight. Monomers which, when polymerized on their own, usually give homopolymers which have an increased solubility in water, are normally only used as modifying monomers in amounts, based on the total amount of the monomers to be polymerized, of less than 50% by weight, generally 0.5 up to 20, preferably 1 to 10 wt .-%, co-polymerized.

Beispiele für derartige Monomere sind 3 bis 6 C-Atome aufweisende α,β-monoethylenisch ungesättigte Mono- und Dicarbonsäuren und deren Amide wie z.B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Acrylamid und Methacrylamid, ferner Vinylsulfonsäure und deren wasserlösliche Salze sowie N-Vinylpyrrolidon. Monomere, die üblicherweise die innere Festigkeit der Verfilmungen der wäßrigen Polymerisatdispersion erhöhen, werden in der Regel ebenfalls nur in untergeordneten Mengen, meist 0,5 bis 10 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der zu polymerisierenden Monomeren, miteinpolymerisiert. Normalerweise weisen derartige Monomere eine Epoxy-, Hydroxy-, N-Methylol-, Carbonyl-Gruppe oder wenigstens zwei nicht konjugierte ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen auf. Beispiele hierfür sind N-Alkylolamide von 3 bis 10 C-Atome aufweisenden α,β-monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren sowie deren Ester mit 1 bis 4 C-Atome aufweisenden Alkoholen, unter denen das N-Methylolacrylamid und das N-Methylolmethacrylamid ganz besonders bevorzugt sind, zwei Vinylreste aufweisende Monomere, zwei Vinylidenreste aufweisende Monomere sowie zwei Alkenylreste aufweisende Monomere. Besonders geeignet sind dabei die Di-Ester zweiwertiger Alkohole mit α,β-monoethylenisch ungesättigten Monocarbonsäuren unter denen wiederum die Acryl- und Methacrylsäure vorzugsweise eingesetzt werden. Beispiele für derartige zwei nicht konjugierte ethylenisch ungesättigte Doppelbindungen aufweisende Monomere sind Alkylenglycoldiacrylate und -dimethacrylate wie Ethylenglycoldiacrylat, 1,3-Butylenglycoldiacrylat, 1,4-Butylenglycoldiacrylat sowie Propylenglycoldiacrylat, Divinylbenzol, Vinylmethacrylat, Vinylacrylat, Allylmethacrylat, Allylacrylat, Diallylmaleat, Diallylfumarat, Methylenbisacrylamid, Cyclopentadienylacrylat oder Triallylcyanurat. In diesem Zusammenhang von besonderer Bedeutung sind auch die Methacrylsäure- und Acrylsäure-C1-C8-Hydroxyalkylester wie n-Hydroxyethyl-, n-Hydroxypropyl- oder n-Hydroxybutylacrylat und -methacrylat sowie Verbindungen wie Diacetonacrylamid und Acetylacetoxyethylacrylat bzw. -methacrylat. Neben ungesättigte Doppelbindungen aufweisenden Monomeren können in untergeordneten Mengen, üblicherweise 0,01 bis 2 Gew.-% bezogen auf die zu polymerisierenden Monomeren, das Molekulargewicht regelnde Substanzen wie tert.-Dodecylmercaptan sowie 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan miteinpolymerisiert werden. Vorzugsweise werden derartige Substanzen im Gemisch mit den zu polymerisierenden Monomeren der Polymerisationszone zugegeben.Examples of such monomers are α, β-monoethylenically unsaturated mono- and dicarboxylic acids and their amides such as, for example, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, acrylamide and methacrylamide, also vinyl sulfonic acid and its water-soluble salts and N- Vinyl pyrrolidone. Monomers, which usually increase the internal strength of the films in the aqueous polymer dispersion, are also generally only used in minor amounts, usually 0.5 to 10% by weight, based on the total amount of those to be polymerized Monomers, co-polymerized. Such monomers normally have an epoxy, hydroxyl, N-methylol, carbonyl group or at least two non-conjugated ethylenically unsaturated double bonds. Examples of these are N-alkylolamides of α, β-monoethylenically unsaturated carboxylic acids having 3 to 10 C atoms and their esters with alcohols having 1 to 4 C atoms, among which the N-methylolacrylamide and the N-methylolmethacrylamide are very particularly preferred, two monomers having vinyl radicals, two monomers having vinylidene radicals and two monomers having alkenyl radicals. The di-esters of dihydric alcohols with α, β-monoethylenically unsaturated monocarboxylic acids are particularly suitable, among which in turn acrylic and methacrylic acid are preferably used. Examples of such two nonconjugated ethylenically unsaturated double bonds are alkylene glycol diacrylates and dimethacrylates monomers such as ethylene glycol, 1,3-butylene glycol diacrylate, 1,4-butylene glycol diacrylate and propylene glycol diacrylate, divinylbenzene, vinyl methacrylate, vinyl acrylate, allyl methacrylate, allyl acrylate, diallyl maleate, diallyl fumarate, methylenebisacrylamide, Cyclopentadienylacrylat or triallyl cyanurate. In this context, the methacrylic acid and acrylic acid C 1 -C 8 hydroxyalkyl esters such as n-hydroxyethyl, n-hydroxypropyl or n-hydroxybutyl acrylate and methacrylate as well as compounds such as diacetone acrylamide and acetylacetoxyethyl acrylate or methacrylate are also of particular importance. In addition to monomers having unsaturated double bonds, minor amounts, usually 0.01 to 2% by weight, based on the monomers to be polymerized, of copolymerizing substances such as tert-dodecyl mercaptan and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane can also be copolymerized. Such substances are preferably added to the polymerization zone in a mixture with the monomers to be polymerized.

Vor allem trifft die besondere Eignung der niedermolekularen Polymerisate I als im wesentlichen alleinige Dispergiermittel im Rahmen der radikalischen wäßrigen Emulsionspolymerisationsherstellung von Polymerisaten II im Fall der Polymerisate II* zu.Above all, the particular suitability of the low molecular weight polymers I as essentially the sole dispersant in the context of the radical aqueous emulsion polymerization preparation of polymers II applies in the case of the polymers II *.

D.h., die erfindungsgemäße Verwendung von Polymerisaten I ermöglicht insbesondere sowohl die Herstellung emulgatorfreier wäßriger Polymerisatdispersionen, als auch die Herstellung von in Wasser redispergierbaren emulgatorfreien Polymerisatpulvern. Bemerkenswert ist dabei, daß solche im wesentlichen emulgatorfreien wäßrigen Polymerisatdispersionen durch eine reduzierte Viskosität gekennzeichnet sind.This means that the use of polymers I according to the invention in particular enables both the preparation of emulsifier-free aqueous polymer dispersions and the preparation of emulsifier-free polymer powders redispersible in water. It is noteworthy that such essentially emulsifier-free aqueous polymer dispersions are characterized by a reduced viscosity.

Bei der Durchführung der radikalischen wäßrigen Emulsionspolymerisation zur Herstellung wäßriger Dispersionen von Polymerisaten II, deren disperse Verteilung im wesentlichen mittels Polymerisaten I stabilisiert wird, wird vorzugsweise die Methode des Monomerenzulaufs verwendet. Dabei kann die Gesamtmenge des als Schutzkolloid zu verwendenden Polymerisats I sowohl ins Polymerisationsgefäß vorgelegt, als auch gemeinsam mit den zu polymerisierenden Monomeren dem Polymerisationsgefäß kontinuierlich zugeführt werden.When carrying out the free radical aqueous emulsion polymerization for the preparation of aqueous dispersions of polymers II, the disperse distribution of which is essentially stabilized by means of polymers I, the method of the monomer feed is preferably used. The total amount of polymer I to be used as a protective colloid can either be placed in the polymerization vessel or continuously fed to the polymerization vessel together with the monomers to be polymerized.

Es sei darauf hingewiesen, daß im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendung neben den erfindungsgemäß zu verwendenden Polymerisaten I zusätzlich an sich bekannte Trocknungshilfsmittel (z.B. Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Naphthalinsulfonsäure (oder Phenolsulfonsäure)-Formaldehyd-Kondensate etc.) mitverwendet werden können. Desgleichen gilt für Antibackmittel wie hochdisperse Kieselsäure, die häufig im Rahmen der Sprühtrocknung mitverwendet werden, um ein Zusammenbacken des Polymerisatpulvers bei der Lagerung zu verhindern.It should be noted that in the context of the use according to the invention, in addition to the polymers I to be used according to the invention, drying aids known per se (e.g. polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, naphthalenesulfonic acid (or phenolsulfonic acid) -formaldehyde condensates etc.) can also be used. The same applies to anti-caking agents such as highly disperse silicic acid, which are often used in the context of spray drying to prevent the polymer powder from caking during storage.

Die bei erfindungsgemäßer Verwendung resultierenden Polymerisatpulver eignen sich als Bindemittel in hydraulisch abbindenden Massen, Anstrichstoffen, Lacken, Klebstoffen, Beschichtungsmassen (insbesondere für Papier) und Kunstharzputzen, wie sie in der EP-A 629650 beschrieben sind. Desgleichen trifft auf die zur Pulverherstellung eingesetzten Ausgangsdispersionen zu. Deren Feststoffvolumengehalt kann 10 bis 75, häufig 20 bis 65, meist 30 bis 50 Vol.-%, bezogen auf das Volumen der Polymerisatdispersion betragen.The polymer powders resulting from use according to the invention are suitable as binders in hydraulically setting compositions, paints, varnishes, adhesives, coating compositions (in particular for paper) and synthetic resin plasters, as are described in EP-A 629650. The same applies to the initial dispersions used for powder production. Their solids volume content can be 10 to 75, often 20 to 65, mostly 30 to 50 vol .-%, based on the volume of the polymer dispersion.

Abschließend sei festgehalten, daß beim Zusammengeben einer wäßrigen Lösung bzw. Dispersion eines Polymerisats I und einer wäßrigen Dispersion eines Polymerisats II auf deren Verträglichkeit geachtet werden muß. D.h., im Fall einer kationisch stabilisierten wäßrigen Dispersion eines Polymerisats II sollte kein anionisches Polymerisat-I-System zugesetzt werden.In conclusion, it should be noted that when an aqueous solution or dispersion of a polymer I and an aqueous dispersion of a polymer II are combined, compatibility must be ensured. In other words, in the case of a cationically stabilized aqueous dispersion of a polymer II, no anionic polymer I system should be added.

BeispieleExamples


a) Herstellung eines erfindungsgemäß zu verwendenden Polymerisats I (EPI1)
Die Polymerisation wurde unter Inertgasatmosphäre durchgeführt. In einem Polymerisationsgefäß wurden zunächst 820 g Wasser vorgelegt und auf 85°C erwärmt. Unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur wurden 10 Gew.-% einer Lösung von 17,6 g Natriumperoxodisulfat in 150 g Wasser zugegeben und 5 min. gerührt. Danach wurden unter Aufrechterhaltung der 85°C die Restmenge der Natriumperoxodisulfatlösung sowie davon räumlich getrennt eine Mischung aus 800 g Wasser, 400 g 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, 400 g einer 25 gew.-%igen wäßrigen Natriumhydroxidlösung und 0,04 g 4-Methoxyphenol (Polymerisationsverzögerer) unter Rühren (beide Zuläufe zeitgleich beginnend) innerhalb einer Stunde dem Polymerisationsgefäß kontinuierlich zugeführt. Danach wurde das Reaktionsgemisch noch eine Stunde bei 85°C gerührt. Dann wurde auf 60°C abgekühlt und unter Rühren eine Lösung aus 7,5 g Natriumhydroxymethylsulfinat und 30 g Wasser innerhalb einer Stunde zugegeben (zur Beseitigung von verbliebenem Peroxid).
Die resultierende klare Lösung wies einen Feststoffgehalt von 19,7 Gew.-% und einen pH-Wert von 12,8 auf. Das gewichtsmittlere relative Molekulargewicht des gelösten Polymerisats EPI1 wurde zu 10000 bestimmt.
b) Herstellung eines in der EP-A 629650 (Beispiel 1, DPIa) als Sprühhilfsmittel empfohlenen Vergleichspolymerisats I (VPI)
Die Polymerisation wurde unter Inertgasatmosphäre durchgeführt. In einem Polymerisationsgefäß wurde eine Lösung von 1,76 g Natriumperoxodisulfat in 1050 g Wasser vorgelegt und auf die Polymerisationstemperatur von 85°C erwärmt. Anschließend wurden, unter Aufrechterhaltung der Polymerisationstemperatur, dem Polymerisationsgefäß, zeitgleich beginnend, innerhalb von 2 h Zuläufe I bis III synchron zugeführt. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch 1 h bei 85°C sich selbst überlassen. Danach wurden 3 g einer 20 gew.-%igen wäßrigen Lösung des Natriummetallsalzes der Hydroxymethansulfinsäure zugegeben und auf Raumtemperatur abgekühlt.

Zulauf I:
280 g Methylmethacrylat und
1 g Ester aus Thioglykolsäure und 2-Ethylhexanol;
Zulauf II:
120 g 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure
400 g Wasser und
150 g 20 gew.-%ige wäßrige Natriumhydroxidlösung;
Zulauf III:
15,84 g Natriumperoxodisulfat und
150 g Wasser.

Der Feststoffgehalt der resultierenden wäßrigen Polymerisatdispersion betrug 20 Gew.-%.
c) Herstellung von sprühzutrocknenden wäßrigen Standarddispersionen von Polymerisaten II (SDII1 bis SDII4)
SDII1:
Entspricht Beispiel 2, DPIIa der EP-A 629650

In einem Polymerisationsgefäß wurde eine Lösung aus
294 g
Wasser
7,7 g
einer 10 gew.-%igen wäßrigen Ameisensäurelösung
6,6 g
einer 20 gew.-%igen wäßrigen Lösung von Polyacrylamid
3,3 g
Natriumhydrogencarbonat
11 g
einer 20 gew.-%igen wäßrigen Lösung von ethoxyliertem p-Isooctylphenol (EO-Grad: 25) = Emulgatorlösung 1 und
0,9 g
einer 35 gew.-%igen wäßrigen Lösung des Na-Salzes des Schwefelsäurehalbesters von ethoxyliertem p-Isooctylphenol (EO-Grad: 25) = Emulgatorlösung 2
vorgelegt und auf die Polymerisationstemperatur von 90°C erwärmt. Anschließend wurden zeitgleich beginnend die Zuläufe I (innerhalb von 2 h) und II (innerhalb von 2,5 h) unter Aufrechterhaltung der Polymerisationstemperatur dem Polymerisationsgefäß kontinuierlich zugeführt. Danach wurde das Polymerisationsgefäß weitere 2 h bei 90°C sich selbst überlassen. Anschließend wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und mit 5,5 g einer 20 gew.-%igen wäßrigen Calciumhydroxid-Aufschlämmung neutralisiert. Der Feststoffgehalt der resultierenden wäßrigen Polymerisatdispersion SDII1 betrug 54,7 Gew.-%. Das dispergierte Polymerisat wies eine Glasübergangstemperatur von -1°C auf.
  • Zulauf I:
    682 g
    n-Butylacrylat
    385 g
    Styrol
    44 g
    einer 50 gew.-%igen wäßrigen Lösung von Acrylamid
    73,3 g
    einer 15 gew.-%igen wäßrigen Lösung von Methacrylamid
    16,5 g
    Emulgatorlösung 1
    22,6 g
    Emulgatorlösung 2 und
    235 g
    Wasser.
  • Zulauf II:
    6,4 g
    Natriumperoxidisulfat in
    180 g
    Wasser.
    SDII2:
    Entspricht Beispiel 2, DPIIb der EP-A 629650

In einem Polymerisationsgefäß wurde eine Mischung aus
500 g
Wasser
2,5 g
Natriumacetat
2,5 g
Butenol und
10 g
einer ethoxylierten Cellulose (Natrosol® 250 GR)
auf die Polymerisationstemperatur von 80°C erwärmt. Dann wurden auf einmal zunächst 150 g Zulauf I und danach 10 g Zulauf II in das Polymerisationsgefäß eingetragen und 20 min. bei 80°C polymerisiert. Anschließend wurde zeitgleich beginnend die Restmenge von Zulauf I (innerhalb von 3 h) und die Restmenge von Zulauf II (innerhalb von 3,5 h) unter Aufrechterhaltung der 80°C kontinuierlich zudosiert. Danach wurde noch 1 h bei 80°C gerührt und schließlich auf Raumtemperatur abgekühlt.
Der Feststoffgehalt der resultierenden wäßrigen Polymerisatdispersion SDII2 betrug 50,2 Gew.-%. Das dispergierte Polymerisat wies eine Glasübergangstemperatur von -2°C auf.
  • Zulauf I:
    600 g
    Vinylpropionat
    200 g
    tert.-Butylacrylat
    200 g
    n-Butylacrylat
    160 g
    eines Gemisches aus 150 g Emulgatorlösung 1 und 10 g eines Blockcopolymeren aus Ethylenoxid und Propylenoxid (molares Verhältnis EO:PO = 0,7 und das relative zahlenmittlere Molekulargewicht = 3200) und
    343 g
    Wasser;
  • Zulauf II:
    5 g
    Natriumperoxidisulfat in
    100 g
    Wasser.
    SDII3:
    Entspricht Beispiel 3, DPIIc der EP-A 629650

In einem Polymerisationsgefäß wurde eine Lösung aus
6000 g
Wasser und
17 g
einer 45 gew.-%igen wäßrigen Lösung der Dowfax® 2A1 entsprechenden grenzflächenaktiven Substanz
auf die Polymerisationstemperatur von 800C erwärmt. Anschließend wurden nacheinander auf einmal 1087 g Zulauf I und 108 g Zulauf II ins Polymerisationsgefäß gegeben und 30 min. bei 80°C polymerisiert. Anschließend wurden unter Aufrechterhaltung der Polymerisationstemperatur die Restmengen der Zuläufe I und II zeitgleich beginnend während 3,5 h kontinuierlich zugeführt. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch 4 h bei 80°C sich selbst überlassen. Abschließend wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und mit 420 g einer 25 gew.-%igen wäßrigen Natriumhydroxidlösung neutralisiert. Der Festgehalt der resultierenden wäßrigen Polymerisatdispersion SDII3 betrug 50,9 Gew.-%. Das dispergierte Polymerisat wies eine Glasübergangstemperatur von 60°C auf.
  • Zulauf I:
    12150 g
    Styrol
    2250 g
    Butadien
    450 g
    einer 50 %igen wäßrigen Lösung von Acrylamid
    375 g
    Acrylsäure
    120 g
    ter.-Dodecylmercaptan
    117 g
    einer 45 gew.-%igen wäßrigen Lösung der Dowfax 2A1 entsprechenden grenzflächenaktiven Substanz
    250 g
    einer 15 gew.-%igen wäßrigen Lösung des Natriumsalzes des Schwefelsäurehalbesters von Laurylalkohol und
    6033 g
    Wasser.
  • Zulauf II:
    150 g
    Natriumperoxidisulfat und
    200 g
    Wasser.
    SDII4:

Wie SDII1, jedoch wurden die 385 g Styrol durch 385 g Methylmethacrylat ersetzt. Nach Filtration wurde eine Dispersion SDII4 mit einem Feststoffgehalt von 55,6 Gew.-% erhalten. Das dispergierte Polymerisat wies eine Glasübergangstemperatur von 0°C auf.
d) Sprühtrocknung der wäßrigen Polymerisatdispersionen aus c) und Beurteilung der Redispergierbarkeit der resultierenden Pulver
Zunächst wurde die jeweilige wäßrige Polymerisatdispersion SDII1 bis SDII4 auf einen Feststoffgehalt von 36,2 Gew.-% verdünnt. Dann wurde in die wäßrige Lösung des EPI1 aus a) bzw. in die wäßrige Dispersion des VPI aus a) unter kräftigem Rühren soviel der jeweiligen auf 36,2 Gew.-% verdünnten Polymerisatdispersion SDII1 bis SDII4 rasch eingerührt, daß ein wäßriges Gemisch resultierte, das einen Feststoffgehalt von 35 Gew.-% (bezogen auf das jeweilige dispergierte Polymerisat II waren somit stets 4,5 Gew.-% an EPI1 bzw. VPI enthalten) aufwies.
Die Sprühtrocknung der wäßrigen Gemische erfolgte in einem Minor-Labortrockner der Fa. GEA Wiegand GmbH (Geschäftsbereich Niro), DE, mit Zweistoffdüsenzerstäubung bei einer Turm-Eingangstemperatur von 130°C und einer -Ausgangstemperatur von 60°C (Leistung: ca. 2 kg Sprühspeise/h). Als Anti-Blockmittel wurden gleichzeitig mit der Sprühspeise ca. 2,5 Gew.-% (bezogen auf feste Polymerisat-Mischung) einer feinteiligen Kieselsäure (mittlerer Korngrößtdurchmesser: 10 µm) in die Trocknungskammer zudosiert. Die Beurteilung der jeweiligen Sprühtrocknung weist die Tabelle 1 aus.
Zur Überprüfung der Redispergierbarkeit der erhaltenen Polymerisatpulver wurde wie folgt vorgegangen:
In eine Glasflasche wurden 90 g Wasser eingewogen und bei 25°C mit 10 g Polymerisatpulver versetzt. Das Gemisch wurde mit einem Ultra-Turrax 1 der Fa. Janke & Kunkel, IKA-Labortechnik, Staufen DE, 1 min. bei 9500 U/min. gerührt und in einen Meßzylinder gefüllt. Anschließend wurde der mit einem Kunststoffstropfen verschlossene Meßzylinder bei 25°C 72 h unbewegt gelagert. Danach wurde die Redispersion gut geschüttelt und über ein 72-µm-Sieb filtriert. Das den Filterkuchen enthaltende Sieb wurde bei 80°C 12 h im Trockenschrank gelagert und anschließend durch Wägung der prozentuale Gewichtsanteil des getrockneten Koagulats, bezogen auf eingesetzte Pulvermenge (10 g), bestimmt. Die Ergebnisse zeigt ebenfalls die Tabelle 1. Tabelle 1 Sprühgetrocknetes Gemisch Wandbelag Pulverausbeute Koagulat Dispersion Sprühhilfsmittel SDII1 EPI1 wenig 86 % 0,5 Gew.-% SDII2 EPI1 wenig 74 % 1,4 Gew.-% SDII3 EPI1 wenig 63 % 2,2 Gew.-% SDII4 EPI1 wenig 89 % 0,7 Gew.-% SDII1 VPI1 stark 30 % 7,1 Gew.-%
e) Herstellung wäßriger Dispersionen von Polymerisaten II, die als im wesentlichen alleiniges Dispergiermittel ein niedermolekulares erfindungsgemäßes Polymerisat I enthalten, die Sprühtrocknung solcher wäßriger Polymerisatdispersionen und Vergleichsversuche
  • D1:
    200 g n-Butylacrylat, 200 g Methylmethacrylat und 91,4 g der 19,7 gew.-%igen wäßrigen Lösung des Polymerisats EPI1 aus a) wurden in 114 g Wasser zu einem Zulauf 1 emulgiert. 12 g Natriumperoxodisulfat und 159 g Wasser bildeten den Zulauf 2.
    Unter Inertgasatmosphäre wurden in einem Polymerisationsgefäß 200 g Wasser sowie 5 Gew.-% des Zulaufs 1 vorgelegt. Die Vorlage wurde unter Rühren auf 90°C erhitzt und mit 10 Gew.-% des Zulaufs 2 versetzt. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch 15 min. bei 90°C gehalten. Danach wurden dem Polymerisationsgefäß unter Aufrechterhaltung der 90°C die Restmenge an Zulauf 1 (innerhalb von 2 h) sowie die Restmenge an Zulauf 2 (innerhalb von 2,5 h) kontinuierlich zugeführt. Nach Beendigung der Zuläufe wurde das Reaktiongsgemisch noch 2 h bei 90°C gerührt und danach auf Raumtemperatur abgekühlt. Die nach Filtration über ein Sieb mit einer Maschenweite von 250 µm erhaltene wäßrige Polymerisatdispersion wies einen Feststoffgehalt von 43,6 Gew.-%, einen pH-Wert ihres wäßrigen Dispergiermediums von 1,9 sowie einen LD-Wert von 6 % auf (der LD-Wert ist ein Maß für die Polymerisatteilchengröße einer wäßrigen Polymerisatdispersion; er gibt die Lichtdurchlässigkeit bei 25°C im auf einen Feststoffgehalt von 0,01 Gew.-% verdünnten Zustand, relativ zu reinem Wasser und bei einer Schichtdicke von 2,5 cm an, unter Einstrahlung von weißem Licht). Im Filter blieben 0,2 g Koagulat zurück. Ein nasser, in einer Schichtdicke von 60 µm auf eine Glasplatte aufgerakelter Film zeigte im wesentlichen keine Stippen (Mikrokoagulat) auf.
  • D2:
    Wie D1, mit dem Unterschied, daß der Zulauf 1 aus einer Emulsion von 208 g n-Butylacrylat, 180 g Methylmethacrylat, 8 g Acrylamid, 4 g Acrylsäure und 91,4 g der 19,7 gew.-%igen wäßrigen Lösung des Polymerisats EPI1 aus a) in 114 g Wasser bestand. Die nach Filtration über ein Sieb mit einer Maschenweite von 250 µm erhaltene Dispersion wies einen Feststoffgehalt von 43,9 Gew.-%, einen pH-Wert ihres wäßrigen Dispergiermediums von 4,3 sowie einen LD-Wert von 52 % auf. Im Filter bleiben 0,2 g Koagulat zurück. Ein nasser, bei einer Schichtdicke von 60 µm auf eine Glasplatte aufgerakelter Film zeigte im wesentlichen keine Stippen.
  • D3:
    Wie D1, mit dem Unterschied, daß der Zulauf 1 aus einer Emulsion von 248 g n-Butylacrylat, 140 g Styrol, 8 g Acrylamid, 4 g Methacrylamid und 91,4 g der 19,7 gew.-%igen wäßrigen Lösung des Polymerisats EPI1 aus a) in 114 g Wasser bestand. Die nach Filtraten über ein Sieb mit einer Maschenweite von 250 µm erhaltene Dispersion wies einen Feststoffgehalt von 43,3 Gew.-%, einen pH-Wert ihres wäßrigen Dispergiermediums von 2,1 sowie einen LD-Wert von 49 % auf. Im Filter bleiben 0,3 g Koagulat zurück. Ein nasser, in einer Schichtdicke von 60 µm auf eine Glasplatte aufgerakelter Film zeigte im wesentlichen keine Stippen.
  • D4:
    Aus einem Gemisch aus 100 g n-Butylacrylat und 100 g Methylmethacrylat wurde ein Zulauf 1 gebildet. Eine Lösung von 1,0 g Wasserstoffperoxid und 100 g Wasser bildete einen Zulauf 2. Unter Inertgasatmosphäre wurden in ein Polymerisationsgefäß 247 g Wasser, 1,3 g einer 15 gew.-%igen wäßrigen Natriumlaurylsulfat-Lösung, 50,8 g einer 19,7 gew.-%igen wäßrigen Lösung des Polymerisats EPI1 aus a), 0,04 g CuSO4 · 5H2O sowie 5 Gew.-% des Zulaufs 1 vorgelegt. Unter Rühren wurde die Vorlage auf 85°C erhitzt und mit 10 Gew.-% des Zulauf 2 versetzt. Danach wurde das Gemisch 15 min bei 85°C unter Rühren gehalten und anschließend unter Aufrechterhaltung der 85°C die Restmengen von Zulauf 1 (innerhalb von 2h) und Zulauf 2 (innerhalb von 2,5 h) zeitgleich beginnend kontinuierlich ins Polymerisationsgefäß zugeführt. Nach beendeter Zufuhr wurde das Polymerisationsgemisch noch 2 h bei 85°C nachgerührt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Die nach Filtration über ein Sieb mit einer Maschenweite von 250 µm erhaltene Dispersion wies einen Feststoffgehalt von 34,2 Gew.-%, einen pH-Wert ihres wäßrigen Dispergiermediums von 6,8 sowie einen LD-Wert von 88 % auf. Im Filter blieben 0,69 g Koagulat zurück. Ein nasser, in einer Schichtdicke von 60 µm auf eine Glasplatte aufgerakelter Film zeigte im wesentlichen keine Stippen.
  • D5:
    Aus 155 g n-Butylacrylat, 87,5 g Styrol, 5 g Acrylamid, 2,5 g Methacrylamid, 190,4 g der 19,7 gew.-%igen Lösung des Polymerisats EPI1 aus a) und 20 g Wasser wurde eine Emulsion als Zulauf 1 gebildet. Eine Lösung von 7,5 g Natriumperoxodisulfat in 100 g Wasser bildete einen Zulauf 2. Unter Inertgasatmosphäre wurden in einem Polymerisationsgefäß 104 g Wasser, sowie 5 Gew.-% des Zulauf 1 vorgelegt. Die Vorlage wurde unter Rühren auf 90°C erhitzt und mit 10 Gew.-% des Zulaufs 2 versetzt. Anschließend wurde das Gemisch 15 min. unter Rühren bei 90°C gehalten. Anschließend wurden unter Aufrechterhaltung der 90°C, zeitgleich beginnend, die Restmengen von Zulauf 1 (innerhalb von 2,0 h) sowie von Zulauf 2 (innerhalb von 2,5 h) dem Polymerisationsgefäß kontinuierlich zugeführt. Danach wurde das Reaktionsgemisch noch 2 h bei 90°C gerührt und schließlich auf Raumtemperatur abgekühlt.
    Die nach Filtration über ein Sieb mit einer Maschenweit von 250 µm erhaltene Dispersion wies einen Feststoffgehalt von 43,2 Gew.-%, einen pH-Wert ihres wäßrigen Dispergiermediums von 2,7 sowie einen LD-Wert von 68 % auf. Im Filter blieben 0,3 g Koagulat zurück. Ein nasser, in einer Schichtdicke von 60 µm auf eine Glasplatte aufgrakelter Film zeigte im wesentlichen keine Stippen.
  • VD1:
    Wie D1, Zulauf 1 bestand jedoch aus einer Emulsion von 200 g n-Butylacrylat, 200 g Methylmethacrylat und 90 g der 20 gew.-%igen wäßrigen Dispersion des Polymerisats VPI aus b) in 114 g Wasser. Die nach Filtration über ein Sieb mit einer Maschenweite von 250 µm erhaltene Dispersion wies einen Feststoffgehalt von 43,4 Gew.-%, einen pH-Wert ihres wäßrigen Dispergiermediums von 1,7 sowie einen LD-Wert von 30 % auf. Im Filter blieben 5,8 g Koagulat zurück. Ein nasser, in einer Schichtdicke von 60 µm auf eine Glasplatte aufgerakelter Film wies zahlreiche Stippen auf.
  • VD2:
    Wie D5, anstelle der 190,4 g der 19,7 gew.-%igen wäßrigen Lösung des Polymerisats EPI1 aus a) wurden jedoch 187,5 g der 20 gew.-%igen wäßrigen Dispersion des Polymerisats VPI aus b) eingesetzt. Die nach Filtration über ein Sieb mit einer Maschenweite von 250 µm erhaltene Dispersion wies einen Feststoffgehalt von 42,7 Gew.-%, einen pH-Wert ihres wäßrigen Dispergiermediums von 2,1 sowie einen LD-Wert von 43 % auf. Im Filter blieben 14 g Koagulat zurück. Ein nasser, in einer Schichtdicke von 60 µm auf eine Glasplatte aufgerakelter Film wies zahlreiche Stippen auf.
  • VD3:
    Wie D4, die Vorlage enthielt jedoch ein Gemisch aus 247 g Wasser, 1,3 g einer 15 gew.-%igen wäßrigen Natriumlaurylsulfatlösung, 50 g einer in Analogie zu a) hergestellten 20 gew.-%igen wäßrigen Lösung einer Poly-2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, deren gewichtsmittleres relatives Molekulargewicht jedoch 38 000 betrug, 0,04 g CuSO4·5H2O und 5 Gew.-% des Zulauf 1. Das Reaktionsgemisch verdickte bereits während des Monomerenzulaufs, so daß der Reaktionsansatz abgebrochen werden mußte.
  • VD4:
    Wie D1, Zulauf 1 bestand jedoch aus 200 g n-Butylacrylat, 200 g Methylmethacrylat, 90 g der 20 gew.-%igen wäßrigen Poly-2-Acrylamido-2-methyl-propansulfonsäurelösung aus VD3 und 116 g Wasser. Der Ansatz koagulierte nach dem Auspolymerisieren.
  • VD5:
    Wie D1, Zulauf 1 bestand jedoch aus 200 g n-Butylacrylat, 200 g Methylmethacrylat, 71,2 g einer 25,3 gew.-%igen wäßrigen Lösung von Sokalan® CP9 (Maleinsäure-Copolymer), das als Dispergiermittel für feinteilige organische und anorganische Feststoffe im Handel erhältlich ist und 135 g Wasser. Der Ansatz koagulierte nach dem Auspolymerisieren. Dies weist aus, daß Dispergiermittel für feinteilige organische und anorganische Feststoffe nicht notwendigerweise als Schutzkolloid zur Durchführung radikalischer wäßriger Emulsionspolymerisationen geeignet sind.
    Die wäßrigen Polymerisatdispersionen D1 bis D5 waren in befriedigender Weise nach dem unter d) beschriebenen Sprühtrocknungsverfahren zu redispergierbaren Polymerisatpulvern trockenbar.

f) Herstellung weiterer erfindungsgemäß zu verwendender Polymerisate I (EPI2 bis EPI6) sowie wäßriger Dispersionen D6 bis D10 von Polymerisaten II, die als im wesentlichen alleiniges Dispergiermittel ein niedermolekulares erfindungsgemäßes Polymerisat I enthalten und die Sprühtrocknung solcher wäßriger Polymerisatdispersionen.
1. Herstellung von EPI2 bis EPI6
Die Polymerisationen wurden unter Inertgas durchgeführt. In einem Polymerisationsgefäß wurden zunächst 810 g Wasser vorgelegt und auf 85°C erwärmt. Unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur wurden 10 Gew.-% einer Lösung von Xg Natriumperoxodisulfat in Yg Wasser zugegeben und 5 min gerührt. Danach wurden unter Aufrechterhaltung der 85°C die Restmenge der Natriumperoxodisulfatlösung sowie, davon räumlich getrennt, eine Mischung aus 800 g Wasser, 400 g 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, 400 g einer 25 gew.-%igen wäßrigen Natriumhydroxidlösung und 0,04 g 4-Methoxyphenol unter Rühren (beide Zuläufe zeitgleich beginnend) innerhalb von zwei Stunden dem Polymerisationsgefäß kontinuierlich zugeführt. Danach wurde das Reaktionsgemisch noch eine Stunde bei 85°C gerührt und anschließend abgekühlt. Die angewandten Werte für X und Y, die Feststoffgehalte der resultierenden wäßrigen Lösungen, die pH-Werte der zugehörigen wäßrigen Dispergiermedien und das gewichtsmittlere relative Molekulargewicht Mw der in Lösung befindlichen Polymerisate EPI2 bis EPI6 zeigt die nachfolgende Tabelle 1. Tabelle 1 X Y Feststoffgehalt (Gew.-%) pH-Wert Mw EPI2 2,4 100 19,3 13,5 12300 EPI3 5 110 19,2 13,4 11400 EPI4 10 130 19,4 13,4 10000 EPI5 20 170 19,5 13,2 9600 EPI6 40 250 19,3 12,9 8500
2. Herstellung wäßriger Dispersionen D6 bis D10 von Polymerisaten II und deren Sprühtrocknung
208 g n-Butylacrylat, 180 g Methylmethacrylat, 8 g Acrylamid, 4 g Acrylamid und 18,0 g eines der Polymerisate EPI2 bis EPI6 wurden in 187 g Wasser zu einem Zulauf 1 emulgiert und die resultierende Emulsion mittels 2N wäßriger NH3-Lösung auf einen pH-Wert von 8,0 eingestellt. Die Lösung von 12,0 g Natriumperoxodisulfat in 159 g Wasser bildete den Zulauf 2.
Unter Intertgasatmosphäre wurden in einem Polymerisationsgefäß 200 g Wasser sowie 5 Gew.-% des Zulaufs 1 vorgelegt. Die Vorlage wurde unter Rühren auf 90°C erhitzt und mit 10 Gew.-% des Zulaufs 2 versetzt. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch 15 min bei 90°C gehalten. Danach wurden dem Polymerisationsgefäß unter Aufrechterhaltung der 90°C die Restmenge an Zulauf 1 (innerhalb von 2 h) sowie die Restmenge an Zulauf 2 (innerhalb von 2,5 h) kontinuierlich zugeführt. Nach Beendigung der Zuläufe wurde das Reaktionsgemisch noch 2 h bei 90°C gerührt und danach auf Raumtemperatur abgekühlt. Von den nach Filtration über ein Sieb mit einer Maschenweite von 250 µm erhaltenen wäßrigen Polymerisatdispersionen wurden der Feststoffgehalt, der pH-Wert des wäßrigen Dispergiermediums sowie ihr LD-Wert und der Koagulatgehalt im Filter bestimmt. Zusätzlich wurde von den filtrierten wäßrigen Polymerisatdispersionen ein nasser Film in einer Schichtdicke von 60 µm auf eine Glasplatte aufgerakelt und an selbigem der Anteil an Stippen qualitativ (i.w. = im wesentlichen) beurteilt. Die erhaltenen Ergebnisse weist Tabelle II aus. Tabelle II Polymerisat I Feststoffgehalt [Gew.-%] LD [%] Koagulat [g] Steppen pH D6 EPI2 43,6 52 0,2 i.w. keine 4,7 D7 EPI3 43,1 53 0,5 i.w. keine 4,6 D8 EPI4 43,2 42 0,7 i.w. keine 4,5 D9 EPI5 43,8 34 0,6 i.w. keine 4,4 D10 EPI6 43,6 45 0,5 i.w. keine 4,4
a) Preparation of a Polymer I (EPI1) to be Used According to the Invention
The polymerization was carried out under an inert gas atmosphere. 820 g of water were initially placed in a polymerization vessel and heated to 85.degree. While maintaining this temperature, 10% by weight of a solution of 17.6 g of sodium peroxodisulfate in 150 g of water were added and 5 minutes. touched. The remaining amount of the sodium peroxodisulfate solution and, spatially separated therefrom, a mixture of 800 g of water, 400 g of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, 400 g of a 25% by weight aqueous sodium hydroxide solution and 0.04 g of 4 were then spatially separated -Methoxyphenol (polymerization retarder) with stirring (both feeds starting at the same time) continuously fed to the polymerization vessel within one hour. The reaction mixture was then stirred at 85 ° C. for one hour. The mixture was then cooled to 60 ° C. and a solution of 7.5 g of sodium hydroxymethyl sulfinate and 30 g of water was added with stirring in the course of one hour (in order to remove remaining peroxide).
The resulting clear solution had a solids content of 19.7% by weight and a pH of 12.8. The weight average relative molecular weight of the dissolved polymer EPI1 was determined to be 10,000.
b) Preparation of a Comparative Polymer I (VPI) recommended as a spraying aid in EP-A 629650 (Example 1, DPIa)
The polymerization was carried out under an inert gas atmosphere. A solution of 1.76 g of sodium peroxodisulfate in 1050 g of water was placed in a polymerization vessel and heated to the polymerization temperature of 85.degree. Subsequently, while maintaining the polymerization temperature, feeds I to III were fed synchronously to the polymerization vessel, starting simultaneously, within 2 h. The reaction mixture was then left to stand at 85 ° C. for 1 h. 3 g of a 20% strength by weight aqueous solution of the sodium metal salt of hydroxymethanesulfinic acid were then added and the mixture was cooled to room temperature.
Inlet I:
280 g of methyl methacrylate and
1 g ester of thioglycolic acid and 2-ethylhexanol;
Inlet II:
120 g of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid
400 g water and
150 g of 20% by weight aqueous sodium hydroxide solution;
Inlet III:
15.84 g sodium peroxodisulfate and
150 g water.

The solids content of the resulting aqueous polymer dispersion was 20% by weight.
c) Preparation of spray-dried aqueous standard dispersions of polymers II (SDII1 to SDII4)
SDII1:
Corresponds to Example 2, DPIIa of EP-A 629650

A solution was made in a polymerization vessel
294 g
water
7.7 g
a 10 wt .-% aqueous formic acid solution
6.6 g
a 20 wt .-% aqueous solution of polyacrylamide
3.3 g
Sodium bicarbonate
11 g
a 20% by weight aqueous solution of ethoxylated p-isooctylphenol (EO grade: 25) = emulsifier solution 1 and
0.9 g
a 35% by weight aqueous solution of the sodium salt of the sulfuric acid half-ester of ethoxylated p-isooctylphenol (EO grade: 25) = emulsifier solution 2
submitted and heated to the polymerization temperature of 90 ° C. Subsequently, feeds I (within 2 hours) and II (within 2.5 hours) were continuously fed into the polymerization vessel while maintaining the polymerization temperature. The polymerization vessel was then left to stand at 90 ° C. for a further 2 h. It was then cooled to room temperature and neutralized with 5.5 g of a 20% by weight aqueous calcium hydroxide slurry. The solids content of the resulting aqueous polymer dispersion SDII1 was 54.7% by weight. The dispersed polymer had a glass transition temperature of -1 ° C.
  • Inlet I:
    682 g
    n-butyl acrylate
    385 g
    Styrene
    44 g
    a 50 wt .-% aqueous solution of acrylamide
    73.3 g
    a 15 wt .-% aqueous solution of methacrylamide
    16.5 g
    Emulsifier solution 1
    22.6 g
    Emulsifier solution 2 and
    235 g
    Water.
  • Inlet II:
    6.4 g
    Sodium peroxydisulfate in
    180 g
    Water.
    SDII2:
    Corresponds to Example 2, DPIIb of EP-A 629650

A mixture of was in a polymerization vessel
500 g
water
2.5 g
Sodium acetate
2.5 g
Butenol and
10 g
an ethoxylated cellulose (Natrosol® 250 GR)
heated to the polymerization temperature of 80 ° C. Then at first 150 g of feed I and then 10 g of feed II were introduced into the polymerization vessel and 20 min. polymerized at 80 ° C. Subsequently, the remaining amount of feed I (within 3 h) and the remaining amount of feed II (within 3.5 h) were metered in continuously while maintaining the 80 ° C. The mixture was then stirred at 80 ° C. for 1 h and finally cooled to room temperature.
The solids content of the resulting aqueous polymer dispersion SDII2 was 50.2% by weight. The dispersed polymer had a glass transition temperature of -2 ° C.
  • Inlet I:
    600 g
    Vinyl propionate
    200 g
    tert-butyl acrylate
    200 g
    n-butyl acrylate
    160 g
    a mixture of 150 g of emulsifier solution 1 and 10 g of a block copolymer of ethylene oxide and propylene oxide (molar ratio EO: PO = 0.7 and the relative number average molecular weight = 3200) and
    343 g
    Water;
  • Inlet II:
    5 g
    Sodium peroxydisulfate in
    100 g
    Water.
    SDII3:
    Corresponds to Example 3, DPIIc of EP-A 629650

A solution was made in a polymerization vessel
6000 g
water and
17 g
a 45% by weight aqueous solution of the surfactant corresponding to Dowfax® 2A1
heated to the polymerization temperature of 80 0 C. Subsequently, 1087 g of feed I and 108 g of feed II were added in succession to the polymerization vessel and 30 min. polymerized at 80 ° C. Then, while maintaining the polymerization temperature, the remaining amounts of feeds I and II were continuously fed in simultaneously for 3.5 h. The reaction mixture was then left to stand at 80 ° C. for 4 h. Finally, the mixture was cooled to room temperature and neutralized with 420 g of a 25% by weight aqueous sodium hydroxide solution. The solids content of the resulting aqueous polymer dispersion SDII3 was 50.9% by weight. The dispersed polymer had a glass transition temperature of 60 ° C.
  • Inlet I:
    12150 g
    Styrene
    2250 g
    Butadiene
    450 g
    a 50% aqueous solution of acrylamide
    375 g
    Acrylic acid
    120 g
    ter-dodecyl mercaptan
    117 g
    a 45% by weight aqueous solution of the surfactant corresponding to Dowfax 2A1
    250 g
    a 15% by weight aqueous solution of the sodium salt of the sulfuric acid half-ester of lauryl alcohol and
    6033 g
    Water.
  • Inlet II:
    150 g
    Sodium peroxydisulfate and
    200 g
    Water.
    SDII4:

Like SDII1, but the 385 g styrene was replaced by 385 g methyl methacrylate. After filtration, a dispersion SDII4 with a solids content of 55.6% by weight was obtained. The dispersed polymer had a glass transition temperature of 0 ° C.
d) spray drying the aqueous polymer dispersions from c) and assessing the redispersibility of the resulting powders
First, the respective aqueous polymer dispersion SDII1 to SDII4 was diluted to a solids content of 36.2% by weight. Then, in the aqueous solution of EPI1 from a) or in the aqueous dispersion of VPI from a), so much of the respective polymer dispersion SDII1 to SDII4 diluted to 36.2% by weight was rapidly stirred into the aqueous dispersion of VPI from a) that an aqueous mixture resulted, which had a solids content of 35% by weight (based on the particular dispersed polymer II, 4.5% by weight of EPI1 or VPI were therefore always present).
The spray drying of the aqueous mixtures was carried out in a minor laboratory dryer from GEA Wiegand GmbH (Niro division), DE, with two-component atomization at a tower inlet temperature of 130 ° C and an outlet temperature of 60 ° C (output: approx. 2 kg Spray food / h). As an anti-blocking agent, approx. 2.5% by weight (based on the solid polymer mixture) of a finely divided silica (average grain size diameter: 10 μm) were metered into the drying chamber. Table 1 shows the assessment of the respective spray drying.
The procedure for checking the redispersibility of the polymer powders obtained was as follows:
90 g of water were weighed into a glass bottle and 10 g of polymer powder were added at 25 ° C. The mixture was treated with an Ultra-Turrax 1 from Janke & Kunkel, IKA Labortechnik, Staufen DE, for 1 min. at 9500 rpm. stirred and filled into a measuring cylinder. The measuring cylinder, which was sealed with a plastic drop, was then stored immobile at 25 ° C. for 72 h. The redispersion was then shaken well and filtered through a 72 μm sieve. The sieve containing the filter cake was stored in the drying cabinet at 80 ° C. for 12 hours and then determined by weighing the percentage by weight of the dried coagulum, based on the amount of powder used (10 g). The results are also shown in Table 1. Table 1 Spray dried mixture Wall covering Powder yield Coagulum Dispersion Spraying aids SDII1 EPI1 little 86% 0.5% by weight SDII2 EPI1 little 74% 1.4% by weight SDII3 EPI1 little 63% 2.2% by weight SDII4 EPI1 little 89% 0.7% by weight SDII1 VPI1 strong 30% 7.1% by weight
e) Preparation of aqueous dispersions of polymers II which contain a low molecular weight polymer I according to the invention as the essentially sole dispersant, spray drying of such aqueous polymer dispersions and comparative experiments
  • D1:
    200 g of n-butyl acrylate, 200 g of methyl methacrylate and 91.4 g of the 19.7% strength by weight aqueous solution of the polymer EPI1 from a) were emulsified in a feed 1 in 114 g of water. 12 g sodium peroxodisulfate and 159 g water formed feed 2.
    Under an inert gas atmosphere, 200 g of water and 5% by weight of feed 1 were placed in a polymerization vessel. The initial charge was heated to 90 ° C. with stirring and 10% by weight of feed 2 were added. The reaction mixture was then 15 min. kept at 90 ° C. The remaining amount of feed 1 (within 2 hours) and the remaining amount of feed 2 (within 2.5 hours) were then fed continuously to the polymerization vessel. After the feeds had ended, the reaction mixture was stirred for a further 2 hours at 90 ° C. and then cooled to room temperature. The aqueous polymer dispersion obtained after filtration through a sieve with a mesh size of 250 μm had a solids content of 43.6% by weight, a pH of its aqueous dispersion medium of 1.9 and an LD value of 6% (the LD Value is a measure of the polymer particle size of an aqueous polymer dispersion; it indicates the light transmittance at 25 ° C. in the state diluted to a solids content of 0.01% by weight, relative to pure water and with a layer thickness of 2.5 cm, under the influence of white light). 0.2 g of coagulate remained in the filter. A wet film, coated with a layer thickness of 60 μm, on a glass plate showed essentially no specks (microcoagulate).
  • D2:
    Like D1, with the difference that feed 1 consists of an emulsion of 208 g of n-butyl acrylate, 180 g of methyl methacrylate, 8 g of acrylamide, 4 g of acrylic acid and 91.4 g of the 19.7% strength by weight aqueous solution of the polymer EPI1 consisted of a) in 114 g of water. The dispersion obtained after filtration through a sieve with a mesh size of 250 μm had a solids content of 43.9% by weight, a pH of its aqueous dispersion medium of 4.3 and an LD value of 52%. 0.2 g of coagulate remains in the filter. A wet, at a film thickness of 60 µm on a glass plate showed essentially no specks.
  • D3:
    Like D1, with the difference that feed 1 consists of an emulsion of 248 g of n-butyl acrylate, 140 g of styrene, 8 g of acrylamide, 4 g of methacrylamide and 91.4 g of the 19.7% strength by weight aqueous solution of the polymer EPI1 consisted of a) in 114 g of water. The dispersion obtained after filtrating through a sieve with a mesh size of 250 μm had a solids content of 43.3% by weight, a pH of its aqueous dispersion medium of 2.1 and an LD value of 49%. 0.3 g of coagulate remains in the filter. A wet film, coated with a layer thickness of 60 μm, on a glass plate showed essentially no specks.
  • D4:
    A feed 1 was formed from a mixture of 100 g of n-butyl acrylate and 100 g of methyl methacrylate. A solution of 1.0 g of hydrogen peroxide and 100 g of water formed an inlet 2. Under an inert gas atmosphere, 247 g of water, 1.3 g of a 15% strength by weight aqueous sodium lauryl sulfate solution, 50.8 g of a 19 g, were placed in a polymerization vessel. 7% by weight aqueous solution of the polymer EPI1 from a), 0.04 g of CuSO 4 .5H 2 O and 5% by weight of feed 1. The initial charge was heated to 85 ° C. with stirring and 10% by weight of feed 2 were added. The mixture was then kept under stirring for 15 min at 85 ° C. and then, while maintaining the 85 ° C., the remaining amounts of feed 1 (within 2 h) and feed 2 (within 2.5 h) were simultaneously fed continuously into the polymerization vessel. After the feed had ended, the polymerization mixture was stirred for a further 2 h at 85 ° C. and then cooled to room temperature. The dispersion obtained after filtration through a sieve with a mesh size of 250 μm had a solids content of 34.2% by weight, a pH of its aqueous dispersion medium of 6.8 and an LD value of 88%. 0.69 g of coagulate remained in the filter. A wet film, coated with a layer thickness of 60 μm, on a glass plate showed essentially no specks.
  • D5:
    An emulsion was formed from 155 g of n-butyl acrylate, 87.5 g of styrene, 5 g of acrylamide, 2.5 g of methacrylamide, 190.4 g of the 19.7% by weight solution of the polymer EPI1 from a) and 20 g of water formed as inlet 1. A solution of 7.5 g of sodium peroxodisulfate in 100 g of water formed an inlet 2. Under an inert gas atmosphere, 104 g of water and 5% by weight of inlet 1 were placed in a polymerization vessel. The initial charge was heated to 90 ° C. with stirring and 10% by weight of feed 2 were added. The mixture was then 15 min. kept at 90 ° C with stirring. The remaining amounts of feed 1 (within 2.0 h) and of feed 2 (within 2.5 h) were then fed continuously to the polymerization vessel while maintaining the 90 ° C. The reaction mixture was then stirred at 90 ° C. for a further 2 h and finally cooled to room temperature.
    The dispersion obtained after filtration through a sieve with a mesh size of 250 μm had a solids content of 43.2% by weight, a pH of its aqueous dispersion medium of 2.7 and an LD value of 68%. 0.3 g of coagulate remained in the filter. A wet film scraped onto a glass plate in a layer thickness of 60 μm showed essentially no specks.
  • VD1:
    Like D1, feed 1, however, consisted of an emulsion of 200 g of n-butyl acrylate, 200 g of methyl methacrylate and 90 g of the 20% by weight aqueous dispersion of the polymer VPI from b) in 114 g of water. The dispersion obtained after filtration through a sieve with a mesh size of 250 μm had a solids content of 43.4% by weight, a pH of its aqueous dispersion medium of 1.7 and an LD value of 30%. 5.8 g of coagulate remained in the filter. A wet film, coated with a layer thickness of 60 µm, on a glass plate showed numerous specks.
  • VD2:
    Like D5, but instead of the 190.4 g of the 19.7% strength by weight aqueous solution of the polymer EPI1 from a), 187.5 g of the 20% strength by weight aqueous dispersion of the polymer VPI from b) were used. The dispersion obtained after filtration through a sieve with a mesh size of 250 μm had a solids content of 42.7% by weight, a pH of their aqueous dispersing medium of 2.1 and an LD of 43%. 14 g of coagulum remained in the filter. A wet film, coated with a layer thickness of 60 µm, on a glass plate showed numerous specks.
  • VD3:
    Like D4, but the template contained a mixture of 247 g of water, 1.3 g of a 15% by weight aqueous sodium lauryl sulfate solution, 50 g of a 20% by weight aqueous solution of a poly-2 prepared in analogy to a) Acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, the weight-average relative molecular weight of which was 38,000, 0.04 g of CuSO 4 .5H 2 O and 5% by weight of feed 1. The reaction mixture already thickened during the monomer feed, so that the reaction batch had to be stopped .
  • VD4:
    Like D1, feed 1, however, consisted of 200 g of n-butyl acrylate, 200 g of methyl methacrylate, 90 g of the 20% by weight aqueous poly-2-acrylamido-2-methyl-propanesulfonic acid solution from VD3 and 116 g of water. The batch coagulated after the polymerization.
  • VD5:
    Like D1, feed 1, however, consisted of 200 g of n-butyl acrylate, 200 g of methyl methacrylate, 71.2 g of a 25.3% strength by weight aqueous solution of Sokalan® CP9 (maleic acid copolymer), which is used as a dispersant for finely divided organic and inorganic solids is commercially available and 135 g of water. The batch coagulated after the polymerization. This indicates that dispersants for finely divided organic and inorganic solids are not necessarily suitable as protective colloids for carrying out free-radical aqueous emulsion polymerizations.
    The aqueous polymer dispersions D1 to D5 could be dried satisfactorily to redispersible polymer powders by the spray drying process described under d).

f) Preparation of further polymers I (EPI2 to EPI6) to be used according to the invention and aqueous dispersions D6 to D10 of polymers II which are essentially the only ones Dispersant contain a low molecular weight polymer I according to the invention and the spray drying of such aqueous polymer dispersions.
1. Production of EPI2 to EPI6
The polymerizations were carried out under inert gas. 810 g of water were initially placed in a polymerization vessel and heated to 85.degree. While maintaining this temperature, 10% by weight of a solution of Xg sodium peroxodisulfate in Yg water was added and the mixture was stirred for 5 minutes. The remaining amount of sodium peroxodisulfate solution and, spatially separated therefrom, a mixture of 800 g of water, 400 g of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, 400 g of a 25% by weight aqueous sodium hydroxide solution and 0.04 were then kept at 85 ° C. g of 4-methoxyphenol, with stirring (both feeds starting simultaneously), continuously fed to the polymerization vessel over the course of two hours. The reaction mixture was then stirred for a further hour at 85 ° C. and then cooled. Table 1 below shows the values used for X and Y, the solids contents of the resulting aqueous solutions, the pH values of the associated aqueous dispersing media and the weight-average relative molecular weight M w of the polymers EPI2 to EPI6 in solution. X Y Solids content (% by weight) PH value M w EPI2 2.4 100 19.3 13.5 12300 EPI3 5 110 19.2 13.4 11400 EPI4 10th 130 19.4 13.4 10,000 EPI5 20th 170 19.5 13.2 9600 EPI6 40 250 19.3 12.9 8500
2. Preparation of aqueous dispersions D6 to D10 of polymers II and their spray drying
208 g of n-butyl acrylate, 180 g of methyl methacrylate, 8 g of acrylamide, 4 g of acrylamide and 18.0 g of one of the polymers EPI2 to EPI6 were emulsified in a feed 1 in 187 g of water and the resulting emulsion was dissolved in a 2N aqueous NH 3 solution adjusted to pH 8.0. The solution of 12.0 g sodium peroxodisulfate in 159 g water formed feed 2.
200 g of water and 5% by weight of feed 1 were placed in a polymerization vessel under an inert gas atmosphere. The initial charge was heated to 90 ° C. with stirring and 10% by weight of feed 2 were added. The reaction mixture was then kept at 90 ° C. for 15 minutes. The remaining amount of feed 1 (within 2 hours) and the remaining amount of feed 2 (within 2.5 hours) were then fed continuously to the polymerization vessel. After the feeds had ended, the reaction mixture was stirred for a further 2 h at 90 ° C. and then cooled to room temperature. The solids content, the pH of the aqueous dispersion medium and its LD value and the coagulum content in the filter were determined from the aqueous polymer dispersions obtained after filtration through a sieve with a mesh size of 250 μm. In addition, a wet film of 60 μm was knife-coated onto a glass plate from the filtered aqueous polymer dispersions and the proportion of specks thereon was assessed qualitatively (essentially = essentially). The results obtained are shown in Table II. Polymer I Solids content [% by weight] LD [%] Coagulum [g] Quilting pH D6 EPI2 43.6 52 0.2 iw none 4.7 D7 EPI3 43.1 53 0.5 iw none 4.6 D8 EPI4 43.2 42 0.7 iw none 4.5 D9 EPI5 43.8 34 0.6 iw none 4.4 D10 EPI6 43.6 45 0.5 iw none 4.4

Die wäßrigen Polymerisatdispersionen D6 bis D10 waren in befriedigender Weise nach dem unter d) beschriebenen Sprühtrocknungsverfahren zu redispergierbaren Polymerisatpulvern trockenbar.The aqueous polymer dispersions D6 to D10 could be dried satisfactorily to redispersible polymer powders by the spray drying process described under d).

Claims (33)

Trocknung einer wäßrigen Dispersion eines Polymerisats II, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Dispersion des Polymerisats II als Trocknungshilfsmittel wenigstens ein Polymerisat I zugesetzt enthält, das in polymerisierter Form
zu > 80 bis 100 Gew.-% aus wenigstens einem Monomeren der allgemeinen Formel I und/oder deren Salzen (Monomere a)
Figure imgb0005
mit R1, R2, R3:   unabhängig voneinander H oder C1- bis C3-Alkyl, R4:   C1- bis C5-Alkylen und X:   O oder NH, und
zu 0 bis < 20 Gew.-% aus wenigstens einem radikalisch copolymerisierbaren Monomeren (Monomere b)
aufgebaut ist.
Drying an aqueous dispersion of a polymer II, characterized in that the aqueous dispersion of the polymer II contains at least one polymer I added as drying aid, which is in polymerized form
> 80 to 100% by weight of at least one monomer of the general formula I and / or salts thereof (monomers a)
Figure imgb0005
With R 1 , R 2 , R 3 : independently of one another H or C 1 - to C 3 -alkyl, R 4 : C 1 to C 5 alkylene and X: O or NH, and
0 to <20% by weight of at least one radically copolymerizable monomer (monomers b)
is constructed.
Trocknung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat I in polymerisierter Form zu 90 bis 100 Gew.-% aus Monomeren a und zu 0 bis 10 Gew.-% aus Monomeren b aufgebaut ist.Drying according to claim 1, characterized in that the polymer I in polymerized form is composed of 90 to 100% by weight of monomers a and 0 to 10% by weight of monomers b. Trocknung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat I in polymerisierter Form allein aus Monomeren a aufgebaut ist.Drying according to claim 1, characterized in that the polymer I in polymerized form is composed solely of monomers a. Trocknung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat I 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure und/oder deren Salze einpolymerisiert enthält.Drying according to one of claims 1 to 3, characterized in that the polymer I contains 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid and / or the salts thereof in copolymerized form. Trocknung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat I in polymerisierter Form allein aus 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure und/oder deren Salzen aufgebaut ist.Drying according to claim 3, characterized in that the polymer I in polymerized form is composed solely of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid and / or its salts. Trocknung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das relative gewichtsmittlere Molekulargewicht des Polymerisats I 1000 bis 106 beträgt.Drying according to one of claims 1 to 5, characterized in that the relative weight-average molecular weight of the polymer I is 1000 to 10 6 . Trocknung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das relative gewichtsmittlere Molekulargewicht des Polymerisats I 2000 bis 45000 beträgt.Drying according to one of claims 1 to 5, characterized in that the relative weight-average molecular weight of the polymer I is 2000 to 45000. Trocknung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Löslichkeit des Polymerisats I in 100 g Wasser bei 25°C und 1 bar wenigstens 10 g beträgt.Drying according to one of claims 1 to 7, characterized in that the solubility of the polymer I in 100 g of water at 25 ° C and 1 bar is at least 10 g. Trocknung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Dispersion des Polymerisats II, bezogen auf die Masse des Polymerisats II, 1 bis 40 Gew.-% Polymerisat I zugesetzt enthält.Drying according to one of claims 1 to 8, characterized in that the aqueous dispersion of polymer II, based on the mass of polymer II, contains 1 to 40% by weight of polymer I. Trocknung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Dispersion des Polymerisats II, bezogen auf die Masse des Polymerisats II, 1 bis 20 Gew.-% Polymerisat I zugesetzt enthält.Drying according to one of claims 1 to 8, characterized in that the aqueous dispersion of polymer II, based on the mass of polymer II, contains 1 to 20% by weight of polymer I. Trocknung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Dispersion des Polymerisats II, bezogen auf die Masse des Polymerisats II, 1 bis 5 Gew.-% Polymerisat I zugesetzt enthält.Drying according to one of claims 1 to 8, characterized in that the aqueous dispersion of polymer II, based on the mass of polymer II, contains 1 to 5% by weight of polymer I. Trocknung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasübergangstemperatur des Polymerisats II ≤ 50°C beträgt.Drying according to one of claims 1 to 11, characterized in that the glass transition temperature of the polymer II is ≤ 50 ° C. Trocknung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat II in polymerisierter Form aus A) 80 bis 100 Gew.-% wenigstens eines Monomeren aus der Gruppe umfassend Styrol, α-Methylstyrol, Vinyltoluole, Ester aus 3 bis 6 C-Atome aufweisenden α,β-monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren und 1 bis 12 C-Atome aufweisenden Alkanolen, Butadien sowie Vinyl- und Allylester von 1 bis 12 C-Atome aufweisenden Carbonsäuren und B) 0 bis 20 Gew.-% sonstigen, wenigstens eine ethylenisch ungesättigte Gruppe aufweisenden Monomeren aufgebaut ist.Drying according to one of claims 1 to 12, characterized in that the polymer II in polymerized form A) 80 to 100% by weight of at least one monomer from the group comprising styrene, α-methylstyrene, vinyltoluenes, esters of 3 to 6 C-atom-containing α, β-monoethylenically unsaturated carboxylic acids and 1 to 12 C-atom alkanols, Butadiene and vinyl and allyl esters of 1 to 12 carbon atoms and carboxylic acids B) 0 to 20% by weight of other monomers having at least one ethylenically unsaturated group is constructed. Trocknung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung nach dem Verfahren der Sprühtrocknung erfolgt.Drying according to one of claims 1 to 13, characterized in that the drying is carried out by the spray drying method. Trocknung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangstemperatur des Warmluftstroms 100 bis 200°C und die Ausgangstemperatur des Warmluftstroms 30 bis 90°C beträgt.Drying according to claim 14, characterized in that the inlet temperature of the warm air flow is 100 to 200 ° C and the outlet temperature of the warm air flow is 30 to 90 ° C. Verwendung von Polymerisaten I, die in polymerisierter Form
zu > 80 bis 100 Gew.-% aus wenigstens einem Monomeren der allgemeinen Formel I und/oder deren Salzen (Monomere a)
Figure imgb0006
mit R1, R2, R3:   unabhängig voneinander H oder C1- bis C3-Alkyl, R4:   C1- bis C5-Alkylen und X:   O oder NH, und
zu 0 bis < 20 Gew.-% aus wenigstens einem radikalisch copolymerisierbaren Monomeren (Monomere b) aufgebaut sind, als Hilfsmittel bei der Trocknung wäßriger Dispersionen von von den Polymerisaten I verschiedenen Polymerisaten II.
Use of polymers I in polymerized form
> 80 to 100% by weight of at least one monomer of the general formula I and / or salts thereof (monomers a)
Figure imgb0006
With R 1 , R 2 , R 3 : independently of one another H or C 1 - to C 3 -alkyl, R 4 : C 1 to C 5 alkylene and X: O or NH, and
0 to <20% by weight are composed of at least one free-radically copolymerizable monomer (monomers b), as an aid in the drying of aqueous dispersions of polymers II different from the polymers I.
Polymerisatpulver, enthaltend wenigstens ein Polymerisat I, das in polymerisierter Form
zu > 80 bis 100 Gew.-% aus wenigstens einem Monomeren der allgemeinen Formel I und/oder deren Salzen (Monomere a)
Figure imgb0007
mit R1, R2, R3:   unabhängig voneinander H oder C1- bis C3-Alkyl, R4:   C1- bis C5-Alkylen und X:   O oder NH, und zu 0 bis < 20 Gew.-% aus wenigstens einem radikalisch copolymerisierbaren Monomeren (Monomere b) aufgebaut ist, und wenigstens ein vom Polymerisat I verschiedenes Polymerisat II.
Polymer powder containing at least one polymer I in polymerized form
> 80 to 100% by weight of at least one monomer of the general formula I and / or salts thereof (monomers a)
Figure imgb0007
With R 1 , R 2 , R 3 : independently of one another H or C 1 - to C 3 -alkyl, R 4 : C 1 to C 5 alkylene and X: O or NH, and is composed of 0 to <20% by weight of at least one free-radically copolymerizable monomer (monomer b), and at least one polymer II different from polymer I.
Polymerisatpulver nach Anspruch 17, das, bezogen auf die Menge des enthaltenen Polymerisats II, ≤ 1 Gew.-% an Emulgatoren enthält.Polymer powder according to claim 17, which, based on the amount of polymer II contained, contains ≤ 1 wt .-% of emulsifiers. Mineralisches Bindemittel, enthaltend wenigstens ein Polymerisatpulver nach Anspruch 17 oder 18.Mineral binder containing at least one polymer powder according to claim 17 or 18. Verwendung von Polymerisatpulvern nach Anspruch 17 oder 18 in Zubereitungen zum Beschichten oder Kleben.Use of polymer powders according to claim 17 or 18 in preparations for coating or gluing. Kunstharz-Putz Trockenzubereitung, enthaltend wenigstens ein Polymerisatpulver nach Anspruch 17 oder 18.Synthetic resin plaster dry preparation containing at least one polymer powder according to claim 17 or 18. Wäßrige Polymerisatdispersion eines Polymerisats II, deren Emulgatorgehalt ≤ 2 Gew.-% beträgt und die als Dispergiermittel wenigstens ein Polymerisat I zugesetzt enthält, das in polymerisierter Form
zu > 80 bis 100 Gew.-% aus wenigstens einem Monomeren der allgemeinen Formel I und/oder deren Salzen (Monomere a)
Figure imgb0008
mit R1, R2, R3:   unabhängig voneinander H oder C1- bis C3-Alkyl, R4:   C1- bis C5-Alkylen und X:   O oder NH, und
zu 0 bis < 20 Gew.-% aus wenigstens einem radikalisch copolymerisierbaren Monomeren (Monomere b) aufgebaut ist und ein relatives gewichtsmittleres Molekulargewicht von 5000 bis 35000 aufweist.
Aqueous polymer dispersion of a polymer II, the emulsifier content of which is 2 2% by weight and which contains at least one polymer I added as a dispersant, in polymerized form
> 80 to 100% by weight of at least one monomer of the general formula I and / or salts thereof (monomers a)
Figure imgb0008
With R 1 , R 2 , R 3 : independently of one another H or C 1 - to C 3 -alkyl, R 4 : C 1 to C 5 alkylene and X: O or NH, and
0 to <20% by weight is composed of at least one free-radically copolymerizable monomer (monomer b) and has a relative weight-average molecular weight of 5,000 to 35,000.
Wäßrige Polymerisatdispersion nach Anspruch 22, wobei das relative gewichtsmittlere Molekulargewicht des Polymerisats I 7500 bis 20000 beträgt.An aqueous polymer dispersion according to claim 22, wherein the relative weight average molecular weight of the polymer I is 7500 to 20,000. Wäßrige Polymerisatdispersion nach Anspruch 22 oder 23, wobei das Polymerisat I Poly-2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure ist.Aqueous polymer dispersion according to claim 22 or 23, wherein the polymer I is poly-2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid. Wäßrige Polymerisatdispersion nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei das Polymerisat I das einzige enthaltene Dispergiermittel bildet.An aqueous polymer dispersion according to any one of claims 22 to 24, wherein the polymer I forms the only dispersant contained. Wäßrige Polymerisatdispersion nach einem der Ansprüche 22 bis 25, deren gewichtsmittlerer Polymerisatteilchendurchmesser ≥ 50 bis ≤ 200 nm beträgt.Aqueous polymer dispersion according to one of Claims 22 to 25, the weight-average polymer particle diameter of which is ≥ 50 to ≤ 200 nm. Verwendung einer wäßrigen Polymerisatdispersion gemäß einem der Ansprüche 22 bis 26 als Bindemittel oder als Additiv in mineralischen Bindemitteln.Use of an aqueous polymer dispersion according to any one of claims 22 to 26 as a binder or as an additive in mineral binders. Verwendung einer wäßrigen Polymerisatdispersion gemäß einem der Ansprüche 22 bis 26 zur Herstellung von Polymerisatpulvern.Use of an aqueous polymer dispersion according to one of claims 22 to 26 for the preparation of polymer powders. Verwendung einer wäßrigen Dispersion eines Polymerisats II, die ein von diesem Polymerisat II verschiedenes Polymerisat I zugesetzt enthält, das in polymerisierter Form
zu > 80 bis 100 Gew.-% aus wenigstens einem Monomeren der allgemeinen Formel I und/oder deren Salzen (Monomere a)
Figure imgb0009
mit R1, R2, R3:   unabhängig voneinander H oder C1- bis C3-Alkyl, R4:   C1- bis C5-Alkylen und X:   O oder NH, und
zu 0 bis < 20 Gew.-% aus wenigstens einem radikalisch copolymerisierbaren Monomeren (Monomere b) aufgebaut ist,
zur Herstellung von Polymerisatpulvern.
Use of an aqueous dispersion of a polymer II, which contains a polymer I different from this polymer II, added in polymerized form
> 80 to 100% by weight of at least one monomer of the general formula I and / or salts thereof (monomers a)
Figure imgb0009
With R 1 , R 2 , R 3 : independently of one another H or C 1 - to C 3 -alkyl, R 4 : C 1 to C 5 alkylene and X: O or NH, and
0 to <20% by weight is composed of at least one free-radically copolymerizable monomer (monomer b),
for the production of polymer powders.
Verfahren der radikalischen wäßrigen Emulsionspolymerisation von wenigstens eine ethylenisch ungesättigte Gruppe aufweisenden Monomeren, dadurch gekennzeichnet, daß vor, während oder nach Beendigung der Polymerisation ein Polymerisat I zugesetzt wird, das in polymerisierter Form
zu > 80 bis 100 Gew.-% aus wenigstens einem Monomeren der allgemeinen Formel I und/oder deren Salzen (Monomere a)
Figure imgb0010
mit R1, R2, R3:   unabhängig voneinander H oder C1- bis C3-Alkyl, R4:   C1- bis C5-Alkylen und X:   O oder NH, und
zu 0 bis < 20 Gew.-% aus wenigstens einem radikalisch copolymerisierbaren Monomeren (Monomere b) aufgebaut ist und dessen relatives gewichtsmittleres Molekulargewicht 5000 bis 35000 beträgt.
Process for the free radical aqueous emulsion polymerization of monomers having at least one ethylenically unsaturated group, characterized in that a polymer I, which is in polymerized form, is added before, during or after the end of the polymerization
> 80 to 100% by weight of at least one monomer of the general formula I and / or salts thereof (monomers a)
Figure imgb0010
With R 1 , R 2 , R 3 : independently of one another H or C 1 - to C 3 -alkyl, R 4 : C 1 to C 5 alkylene and X: O or NH, and
0 to <20% by weight is composed of at least one free-radically copolymerizable monomer (monomer b) and its relative weight-average molecular weight is 5,000 to 35,000.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat I keine Monomeren b einpolymerisiert enthält.A method according to claim 30, characterized in that the polymer I contains no monomers b polymerized. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat I das während der radikalischen wäßrigen Emulsionspolymerisation einzige zugesetzte Dispergiermittel bildet.A method according to claim 30 or 31, characterized in that the polymer I forms the only dispersant added during the free radical aqueous emulsion polymerization. Polymerisatpulver, erhältlich durch Trocknung nach einem der Ansprüche 1 bis 15.Polymer powder obtainable by drying according to one of claims 1 to 15.
EP96116467A 1995-10-24 1996-10-15 Use of polymers as auxiliary agents in drying aqueous polymer dispersions Expired - Lifetime EP0770639B1 (en)

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DE1995139460 DE19539460A1 (en) 1995-10-24 1995-10-24 Drying aqueous polymer dispersions
DE19539460 1995-10-24
DE19602391 1996-01-21
DE1996102391 DE19602391A1 (en) 1996-01-24 1996-01-24 Drying aqueous polymer dispersions

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